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《mosfet的驅(qū)動(dòng)技術(shù)詳解》由會(huì)員上傳分享,免費(fèi)在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在應(yīng)用文檔-天天文庫(kù)。
1、MOSFET的驅(qū)動(dòng)技術(shù)詳解simtriex/simplis仿真電路用軟件MOSFET作為功率開(kāi)關(guān)管,已經(jīng)是是開(kāi)關(guān)電源領(lǐng)域的絕對(duì)主力器件。雖然MOSFET作為電壓型驅(qū)動(dòng)器件,其驅(qū)動(dòng)表面上看來(lái)是非常簡(jiǎn)單,但是詳細(xì)分析起來(lái)并不簡(jiǎn)單。下面我會(huì)花一點(diǎn)時(shí)間,一點(diǎn)點(diǎn)來(lái)解析MOSFET的驅(qū)動(dòng)技術(shù),以及在不同的應(yīng)用,應(yīng)該采用什么樣的驅(qū)動(dòng)電路。首先,來(lái)做一個(gè)實(shí)驗(yàn),把一個(gè)MOSFET的G懸空,然后在DS上加電壓,那么會(huì)出現(xiàn)什么情況呢?很多工程師都知道,MOS會(huì)導(dǎo)通甚至擊穿。這是為什么呢?我根本沒(méi)有加驅(qū)動(dòng)電壓,MOS怎么會(huì)導(dǎo)通?用下面的圖1,來(lái)做個(gè)仿真;去探測(cè)G極
2、的電壓,發(fā)現(xiàn)電壓波形如圖2所示。圖1圖2這種情況有什么危害呢?實(shí)際情況下,MOS肯定有驅(qū)動(dòng)電路的么,要么導(dǎo)通,要么關(guān)掉。問(wèn)題就出在開(kāi)機(jī),或者關(guān)機(jī)的時(shí)候,最主要是開(kāi)機(jī)的時(shí)候,此時(shí)你的驅(qū)動(dòng)電路還沒(méi)上電。但是輸入上電了,由于驅(qū)動(dòng)電路沒(méi)有工作,G級(jí)的電荷無(wú)法被釋放,就容易導(dǎo)致MOS導(dǎo)通擊穿。那么怎么解決呢?在GS之間并一個(gè)電阻。其仿真的結(jié)果如圖4。幾乎為0V。圖3圖4什么叫驅(qū)動(dòng)能力,很多PWM芯片,或者專(zhuān)門(mén)的驅(qū)動(dòng)芯片都會(huì)說(shuō)驅(qū)動(dòng)能力,比如384X的驅(qū)動(dòng)能力為1A,其含義是什么呢?假如驅(qū)動(dòng)是個(gè)理想脈沖源,那么其驅(qū)動(dòng)能力就是無(wú)窮大,想提供多大電流就給多大
3、。但實(shí)際中,驅(qū)動(dòng)是有內(nèi)阻的,假設(shè)其內(nèi)阻為10歐姆,在10V電壓下,最多能提供的峰值電流就是1A,通常也認(rèn)為其驅(qū)動(dòng)能力為1A。那什么叫驅(qū)動(dòng)電阻呢,通常驅(qū)動(dòng)器和MOS的G極之間,會(huì)串一個(gè)電阻,就如下圖5的R3。驅(qū)動(dòng)電阻的作用,如果你的驅(qū)動(dòng)走線很長(zhǎng),驅(qū)動(dòng)電阻可以對(duì)走線電感和MOS結(jié)電容引起的震蕩起阻尼作用。但是通常,現(xiàn)在的PCB走線都很緊湊,走線電感非常小。第二個(gè),重要作用就是調(diào)解驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)能力,調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)速度。當(dāng)然只能降低驅(qū)動(dòng)能力,而不能提高。圖5對(duì)上圖進(jìn)行仿真,R3分別取1歐姆,和100歐姆。下圖6是MOS的G極的電壓波形上升沿。圖7是驅(qū)動(dòng)的
4、下降沿(G極電壓)。圖6圖7那么驅(qū)動(dòng)的快慢對(duì)MOS的開(kāi)關(guān)有什么影響呢?下圖8是MOS導(dǎo)通時(shí)候DS的電壓:圖9是MOS導(dǎo)通時(shí)候DS電流波形:圖8圖9紅色的是R3=1歐姆,綠色的是R3=100歐姆??梢?jiàn)R3越大,MOS的導(dǎo)通速度越慢。紅色的是R3=1歐姆,綠色的是R3=100歐姆??梢?jiàn)R3越大,MOS的導(dǎo)通速度越慢。可以看到,驅(qū)動(dòng)電阻增加可以降低MOS開(kāi)關(guān)的時(shí)候得電壓電流的變化率。比較慢的開(kāi)關(guān)速度,對(duì)EMI有好處。下圖10是對(duì)兩個(gè)不同驅(qū)動(dòng)情況下,MOS的DS電壓波形做付利葉分析得到:紅色的是R3=1歐姆,綠色的是R3=100歐姆。可見(jiàn),驅(qū)動(dòng)電阻
5、大的時(shí)候,高頻諧波明顯變小。圖10但是驅(qū)動(dòng)速度慢,又有什么壞處呢?那就是開(kāi)關(guān)損耗大了,下圖11是不同驅(qū)動(dòng)電阻下,導(dǎo)通損耗的功率曲線。紅色的是R3=1歐姆,綠色的是R3=100歐姆??梢?jiàn),驅(qū)動(dòng)電阻大的時(shí)候,損耗明顯大了。圖11結(jié)論:驅(qū)動(dòng)電阻到底選多大?還真難講,小了,EMI不好,大了,效率不好。所以只能一個(gè)折中的選擇了。那如果,開(kāi)通和關(guān)斷的速度要分別調(diào)節(jié),怎么辦?就用以下電路圖12、圖13。?圖12圖13MOSFET的自舉驅(qū)動(dòng):對(duì)于NMOS來(lái)說(shuō),必須是G極的電壓高于S極一定電壓才能導(dǎo)通。那么對(duì)于對(duì)S極和控制IC的地等電位的MOS來(lái)說(shuō),驅(qū)動(dòng)根本
6、沒(méi)有問(wèn)題,如上圖。但是對(duì)于一些拓?fù)洌热鏐UCK(開(kāi)關(guān)管放在上端),雙管正激,雙管反激,半橋,全橋這些拓?fù)涞纳瞎?,就沒(méi)辦法直接用芯片去驅(qū)動(dòng),那么可以采用自舉驅(qū)動(dòng)電路??聪聢D的BUCK電路:圖14加入輸入12V,MOS的導(dǎo)通閥值為3V,那么對(duì)于Q1來(lái)說(shuō),當(dāng)Q1導(dǎo)通之后,如果要維持導(dǎo)通狀態(tài),Q1的G級(jí)必須保證15V以上的電壓,因?yàn)镾級(jí)已經(jīng)有12V了。那么輸入才12V,怎么得到15V的電壓呢?其實(shí)上管Q1驅(qū)動(dòng)的供電在于Cboot。看下圖15,芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu):圖15Cboot是掛在boot和LX之間的,而LX卻是下管的D級(jí),當(dāng)下管導(dǎo)通的時(shí)候,LX接
7、地,芯片的內(nèi)部基準(zhǔn)通過(guò)Dboot(自舉二極管)對(duì)Cboot充電。當(dāng)下管關(guān),上管通的時(shí)候,LX點(diǎn)的電壓上升,Cboot上的電壓自然就被舉了起來(lái)。這樣驅(qū)動(dòng)電壓才能高過(guò)輸入電壓。當(dāng)然芯片內(nèi)部的邏輯信號(hào)在提供給驅(qū)動(dòng)的時(shí)候,還需要Levelshift電路,把信號(hào)的電平電壓也提上去。Buck電路,現(xiàn)在有太多的控制芯片集成了自舉驅(qū)動(dòng),讓整個(gè)設(shè)計(jì)變得很簡(jiǎn)單。但是對(duì)于,雙管的,橋式的拓?fù)?,多?shù)芯片沒(méi)有集成驅(qū)動(dòng)。那樣就可以外加自舉驅(qū)動(dòng)芯片,48V系統(tǒng)輸入的,可以采用Intersil公司的ISL21XX,HIP21XX系列。如果是AC/DC中,電壓比較高的,可以
8、采用IR的IR21XX系列。下圖16是ISL21XX的內(nèi)部框圖,其核心的東西,就是紅圈里的boot二極管,和Levelshift電路:?圖16ISL21XX驅(qū)動(dòng)橋式電路示意圖:?