功率MOSFET高速驱动电路的研究

电力电子

第3 5卷第 6期20 0 1年 1月 2

电力电子技术P E| to i o憎 e rnc c s,

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功率 MO F T高速驱动电路的研究 SE鲁莉容，李晓帆，蒋(中科技大学，武汉华

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摘要：基于特定情况下对驱动电路特殊的要求，介绍了一种输出电流大、带负载能力强的 MO F T高速驱动 SE电路。对电路的工作特性进行了详细的讨论，并给出了不同频率下该电路的实验结果。 关键词：驱动电路/功率场效应晶体管：带负载能力中圉分类号： N3 6 T 8文献标识码： A文章编号：0 0—10 (0 1 0 0 4—0 10 0 X 20 )6— 0 5 3

R s rhO uc l rv g i ut f o e S E ee c lQ i yD ii r i o w r a l k n C c P MO F TL L -o g U i n,LIXi -a,JANG ig r a fn I o Pnc a h n nvr i S i c n e n l y.Wua 4 0 7,C ia) Hu z o g U ie t o c ne d T c o g s y f, e a h o hn 3 0 4 hnAl r c: q k y d i ig c c i o￣la t A c l rvn i u t fMOS ET i n r d c dI r F sito u e Ome t 0 e me s r q i me t f rvn i u t I e ur e n so d i g c c i t i r s

o tp tⅡT n n be t a e ah a yl a .Th a e ic s e ep ro n eo ecr u t n d t i a d t e u u a e t sNg a d i i a l h v e v d i ts o o ep p rdsu sst e f ma c ft c i i ea l n h h h i e p r n e u sa ifr n e u n e r i e x ei me tr s h t fee t r q e c sa eg v n d f Ke wo￣: rvn r u t o r MOS T;a dt ol a y r d i g d c￣;p we i FE b[ t d y o

1引

言

2功率 MO F T驱动特性分析 SE功率 MO F T是电压型驱动器件 .有少数 SE没载流子的存贮效应，输入阻抗高，因而开关速度可以

很高，动功率小，驱电路简单。但功率 MO F T的 SE

随着电力半导体器件的发展 .已经出现了各种各样的全控型器件，常用的有适用于大功率场合最的大功率晶体管 ( T、用于中小功率场合但快 G R)适

速性较好的功率场效应晶体管 ( S E以及结 MO F T)合 G R和功率 MOS E而产生的功率绝缘栅控 T FT双极晶体管 (G T)l IB _。 1

极间电容较大，等效电路如图 l示 _,其所 1输入电容]C输出电容 C 和反馈电容 C与极间电容的关系可表示为 l l:C| CG+ C∞ 塾= s C= CD+ C∞ s C= CG D

在这些开关器件中.率 MOS E由于开关功 FT速度快、驱动功率小、易并联等优点成为开关电源中最常用的器件。尤其在为计算机、换机、交网络服务器等通信电子设备提供能量的低压大电流开关电源中，由于其特殊要求，通常希望功率开关器件具有导

() 1() 2

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一

通电流大、态电阻低等特点，通而对器件能承受的关断电压要求并不高。这样一些器件已经陆续出现，如富士公司的 2 K 6 0 6 v/ 0 .n) I公司 S 2 9 ( 0 8 A 7 5,R的 I F 8 2( O 1 A 5 q) R B 3 0 3 V/ R 7 2 3 V/ 8 m,,I F L 7 3( 0—

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20 2 5 6A .m0)以这些器件为基础设计的低压大等，电流开关电源可以做到高效率低损耗 .果要将其如体积做得尽可能小，关键在于开关频率。文中就则设计低压大电流开关电源中碰到的高频开关信号的驱动作了讨论 .绍了一种非常适台于高频且带负介载能力极强的驱动电路。收稿日期：0 1 6 7 2 0—0—2定稿日期：0 1 8 2 2 0—0— 6作者简介：鲁莉客 ( 98一)女，北天门人 . 17 .湖嘎士研完 生，主要从事电力电子技术方面的研究。

图 I功率 MO F T极间电容的等效电路 SE

图 2理想栅极驱动电路的等效电路

功率 MO F T的栅极输入端相当于一个容性 SE网络，它的工作速度与驱动源内阻抗有关。理想的栅极驱动电路的等效电路如图 2所示[ . 1由于 C 1 h

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电力电子

第3 5卷第 6期20 0 1年 l 2月

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存在，态时栅极驱动电流几乎为零，静但在开通和关断动态过程中，仍需要一定的驱动电流。假定开关

由式 ()以看出，关管上升延时时间 t与 6可开 dC VG成正比， s与成反比，然 C显与 G由 S于功率 MO F T的特性而固定不变，想驱动速 SE要度提高，唯一可行的方法是增大 1 M因此只有自行 0,设计输出电流较大的驱动电路。 基于以上对功率 MO F T输入、出特性的 SE输分析 .高速驱动输入电容为55 p为 2 0 F的功率 MO F T设计了如图 4所示的图腾柱式驱动电 SE

管饱和导通需要的栅极电压值为 V∞.图 3功率如MOS E F T开关过程中的电压波形图所示，开关管的开通时间 f括开通延迟时间 t包和上升时间 t两 部分，上升延时时间可用式 ( )出： 4得

￡ c R ll垦} d 。一量= nc nC= C+ (一A ) 1 Cd式中‘——与△Vr/ VG有关的增益因子 4,A s s

( 4 )() 5

在上升时间 t期间， 输入电容可表示为一：

路。当输入 v为高电平时， T截止， 饱和导 V v通， VM2断， M1通，出高电平；之.输关 V导输反当入 V为低电平时， 饱和导通， T_止， v v截 VM关断， M2 V导通，出低电平。输

式() R。 4中。=电流，代人式 ( ) 4可得：

, 0为驱动电路输出最大，M

I ) n ( -

㈤

开关管关断过程中~通过 R C放电， 由 R c L充电， c蝴为 VD()函数， V st较低时 . St的在 D( ) c较大， st上升较慢， VD( )随着 VD( ) S t的升高 c迅速减小至接近于零时， st再迅速上升【 VD()。

0

图 4两速大电漉驱动电路

为了保证驱动电路的输出电流足够大，带负即载能力足够强，电路中采用了 V (R 9 3 ) M, IF 50和VM I F 3 )成的推挽放大电路。同时由于 (R 5 0构图 3功率 MOS E F T的开

关过程电压的波形图

I F 3和 I F 5 0也是功率 MO F T,以也应 R 50 R 93 SE所

根据以上对功率 MOS E F T特性的分析，其驱动通常要求：触发脉冲要具有足够快的上升和下降①速度；开通时以低电阻为栅极电容充电.②关断时为栅极提供低电阻放电回路，以提高功率 MO F T SE 的开关速度；③为了使功率 MOS E可靠触发导 FT

考虑其驱动电路，了使输出驱动波形具有陡峭的为上升沿和下降沿， M和 V V M2的开通关断时闻应尽可能短。它们的驱动电路如图 4所示，保证为 VM1 VM2和开通、关断时间短，必须使它们有快速充电回路 ( I F 3对 R 5 0开通， I F 5 0关断 )快对 R 93或

通，触发脉冲电压应高于管子的开启电压，为了防止误导通，其截止时应提供负的栅源电压；功率开在④关管开关时所需驱动电流为栅极电容的充放电电流，率管极间电容越大，需电流越大，带负载功所即能力越大。

速放电回路 ( I 93对 RF 50开通， IF 3断 ) 对 R 50关 J当输入 v由低变高时， 2 vT快速饱和导通，同时 V退饱和关断，时 V和 V T1此 M, M2的栅极分别

通过由、 1 v 2组成的回路和由 VD 5 VD及 T”R、 VD、 组成的回路放电。输入耦合电阻 R两端 V 2并联的电容 c是为了加速 v的饱和导通。当输 1

3带负载能力极强的高速驱动电路目前已经有一些专用驱动功率 MO F T和 SE

人、,由高变低时， T退出饱和关断， V 2同时 V T饱和导通，时， M,和 VM2的栅极分别通过由此 VVT、及 V 2 lR D组成的回路和由 vT 组成的回”

IB G T的集成驱动电路，现有集成驱动电路无法但满足上述特殊要求。如 E B 4 X 8 1速度太慢，晟大开关频率 …… 此处隐藏：3495字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……