開關(guān)電源中幾種常用的MOSFET驅(qū)動(dòng)電路

MOSFET因?qū)▋?nèi)阻低、開關(guān)速度快等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于開關(guān)電源中。MOSFET的驅(qū)動(dòng)常根據(jù)電源IC和MOSFET的參數(shù)選擇合適的電路。下面一起探討MOSFET用于開關(guān)電源的驅(qū)動(dòng)電路。

在使用MOSFET設(shè)計(jì)開關(guān)電源時(shí)，大部分人都會(huì)考慮MOSFET的導(dǎo)通電阻、最大電壓、最大電流。但很多時(shí)候也僅僅考慮了這些因素，這樣的電路也許可以正常工作，但并不是一個(gè)好的設(shè)計(jì)方案。更細(xì)致的，MOSFET還應(yīng)考慮本身寄生的參數(shù)。對(duì)一個(gè)確定的MOSFET，其驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)腳輸出的峰值電流，上升速率等，都會(huì)影響MOSFET的開關(guān)性能。

當(dāng)電源IC與MOS管選定之后， 選擇合適的驅(qū)動(dòng)電路來連接電源IC與MOS管就顯得尤其重要了。

一個(gè)好的MOSFET驅(qū)動(dòng)電路有以下幾點(diǎn)要求：

(1)開關(guān)管開通瞬時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)能提供足夠大的充電電流使MOSFET柵源極間電壓迅速上升到所需值，保證開關(guān)管能快速開通且不存在上升沿的高頻振蕩。

(2)開關(guān)導(dǎo)通期間驅(qū)動(dòng)電路能保證MOSFET柵源極間電壓保持穩(wěn)定且可靠導(dǎo)通。

(3)關(guān)斷瞬間驅(qū)動(dòng)電路能提供一個(gè)盡可能低阻抗的通路供MOSFET柵源極間電容電壓的快速泄放，保證開關(guān)管能快速關(guān)斷。

(4)驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu)簡單可靠、損耗小。

(5)根據(jù)情況施加隔離。

下面介紹幾個(gè)模塊電源中常用的MOSFET驅(qū)動(dòng)電路。

1、電源IC直接驅(qū)動(dòng)MOSFET

圖 1 IC直接驅(qū)動(dòng)MOSFET

電源IC直接驅(qū)動(dòng)是我們最常用的驅(qū)動(dòng)方式，同時(shí)也是最簡單的驅(qū)動(dòng)方式，使用這種驅(qū)動(dòng)方式，應(yīng)該注意幾個(gè)參數(shù)以及這些參數(shù)的影響。第一，查看一下電源IC手冊(cè)，其最大驅(qū)動(dòng)峰值電流，因?yàn)椴煌酒?qū)動(dòng)能力很多時(shí)候是不一樣的。第二，了解一下MOSFET的寄生電容，如圖 1中C1、C2的值。如果C1、C2的值比較大，MOS管導(dǎo)通的需要的能量就比較大，如果電源IC沒有比較大的驅(qū)動(dòng)峰值電流，那么管子導(dǎo)通的速度就比較慢。如果驅(qū)動(dòng)能力不足，上升沿可能出現(xiàn)高頻振蕩，即使把圖 1中Rg減小，也不能解決問題! IC驅(qū)動(dòng)能力、MOS寄生電容大小、MOS管開關(guān)速度等因素，都影響驅(qū)動(dòng)電阻阻值的選擇，所以Rg并不能無限減小。

2、電源IC驅(qū)動(dòng)能力不足時(shí)

如果選擇MOS管寄生電容比較大，電源IC內(nèi)部的驅(qū)動(dòng)能力又不足時(shí)，需要在驅(qū)動(dòng)電路上增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力，常使用圖騰柱電路增加電源IC驅(qū)動(dòng)能力，其電路如圖 2虛線框所示。

圖 2 圖騰柱驅(qū)動(dòng)MOS

這種驅(qū)動(dòng)電路作用在于，提升電流提供能力，迅速完成對(duì)于柵極輸入電容電荷的充電過程。這種拓?fù)湓黾恿藢?dǎo)通所需要的時(shí)間，但是減少了關(guān)斷時(shí)間，開關(guān)管能快速開通且避免上升沿的高頻振蕩。

3、驅(qū)動(dòng)電路加速M(fèi)OS管關(guān)斷時(shí)間

圖 3 加速M(fèi)OS關(guān)斷

關(guān)斷瞬間驅(qū)動(dòng)電路能提供一個(gè)盡可能低阻抗的通路供MOSFET柵源極間電容電壓快速泄放，保證開關(guān)管能快速關(guān)斷。為使柵源極間電容電壓的快速泄放，常在驅(qū)動(dòng)電阻上并聯(lián)一個(gè)電阻和一個(gè)二極管，如圖 3所示，其中D1常用的是快恢復(fù)二極管。這使關(guān)斷時(shí)間減小，同時(shí)減小關(guān)斷時(shí)的損耗。Rg2是防止關(guān)斷的時(shí)電流過大，把電源IC給燒掉。

圖 4 改進(jìn)型加速M(fèi)OS關(guān)斷

在第二點(diǎn)介紹的圖騰柱電路也有加快關(guān)斷作用。當(dāng)電源IC的驅(qū)動(dòng)能力足夠時(shí)，對(duì)圖 2中電路改進(jìn)可以加速M(fèi)OS管關(guān)斷時(shí)間，得到如圖 4所示電路。用三極管來泄放柵源極間電容電壓是比較常見的。如果Q1的發(fā)射極沒有電阻，當(dāng)PNP三極管導(dǎo)通時(shí)，柵源極間電容短接，達(dá)到最短時(shí)間內(nèi)把電荷放完，最大限度減小關(guān)斷時(shí)的交叉損耗。與圖 3拓?fù)湎啾容^，還有一個(gè)好處，就是柵源極間電容上的電荷泄放時(shí)電流不經(jīng)過電源IC，提高了可靠性。

4、驅(qū)動(dòng)電路加速M(fèi)OS管關(guān)斷時(shí)間

圖 5 隔離驅(qū)動(dòng)

為了滿足如圖 5所示高端MOS管的驅(qū)動(dòng)，經(jīng)常會(huì)采用變壓器驅(qū)動(dòng)，有時(shí)為了滿足安全隔離也使用變壓器驅(qū)動(dòng)。其中R1目的是抑制PCB板上寄生的電感與C1形成LC振蕩，C1的目的是隔開直流，通過交流，同時(shí)也能防止磁芯飽和。

除了以上驅(qū)動(dòng)電路之外，還有很多其它形式的驅(qū)動(dòng)電路。對(duì)于各種各樣的驅(qū)動(dòng)電路并沒有一種驅(qū)動(dòng)電路是最好的，只有結(jié)合具體應(yīng)用，選擇最合適的驅(qū)動(dòng)。