MOSFET的驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路的設(shè)計(jì)與應(yīng)用
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時(shí)間：2012-05-30
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2 功率MOSFET驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)
功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的要求主要有以下幾個(gè)方面：
1)產(chǎn)生的柵極驅(qū)動(dòng)脈沖必須具有足夠的上升和下降速度，脈沖的前后沿要陡峭：
2)開(kāi)通時(shí)以低電阻對(duì)柵極電容充電，關(guān)斷時(shí)為柵極電荷提供低電阻放電回路，以提高功率MOSFET的開(kāi)關(guān)速度；
3)為了使功率MOSFET可靠導(dǎo)通，柵極驅(qū)動(dòng)脈沖應(yīng)有足夠的幅度和寬度；
4)功率MOSFET開(kāi)關(guān)時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)電流為柵極電容的充放電電流，為了使開(kāi)關(guān)波形有足夠的上升下降陡度，驅(qū)動(dòng)電流要大。
MOSFET驅(qū)動(dòng)器在驅(qū)動(dòng)MOSFET功率管的功耗主要包括3個(gè)方面：
1)MOSFET柵極電容的充電放電產(chǎn)生的功耗為：
Pc=CG×F×V2DD (1)
其中：CG為MOSFET柵極電容；VDD為MOSFET驅(qū)動(dòng)器電源電壓；F為開(kāi)關(guān)頻率。
2)MOSFET驅(qū)動(dòng)器吸收靜態(tài)電流產(chǎn)生的功耗為：
PQ=(IQH×D+IQL(1-D))×VDD (2)
其中：IQH為驅(qū)動(dòng)器輸入為高電平狀態(tài)的靜態(tài)電流；D為開(kāi)關(guān)波形的占空比；IQL為驅(qū)動(dòng)器輸入為低電平狀態(tài)的靜態(tài)電流。
3)MOSFET驅(qū)動(dòng)器交越導(dǎo)通電流產(chǎn)生的功耗為：
PS=CC×F×VDD (3)
其中：CC為交越常數(shù)。
從上述公式可以推導(dǎo)出，在3部分功耗中其中柵極電容充放電功耗在MOSFET驅(qū)動(dòng)器功耗中占的比例最高，特別是在很低的開(kāi)關(guān)頻率時(shí)。同時(shí)根據(jù)公式減小柵極驅(qū)動(dòng)電壓可以顯著減少驅(qū)動(dòng)器的功耗。
在應(yīng)用中使MOS管驅(qū)動(dòng)器與MOS管匹配主要是根據(jù)功率MOS管導(dǎo)通和截止的速度快慢即柵極電壓的上升和下降時(shí)間，也即是MOS管柵極電容的充放電速度。MOS管柵極電容導(dǎo)通與截止的時(shí)間與MOS管驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)電流的關(guān)系可以表示為：
T=(VxC)／I (4)
其中：T表示導(dǎo)通與截止時(shí)間，V表示MOS管柵極源極兩端的電壓，C表示柵極電容，I表示驅(qū)動(dòng)器峰值驅(qū)動(dòng)電流。
根據(jù)柵極電壓與柵極電容的乘積為柵極電荷Q則上式可轉(zhuǎn)化為T=Q／I。本設(shè)計(jì)中功率MOSFET采用IR公司的IRF3710S功率MOSFET芯片，從其datasheet可以得到MOSFET的柵極電荷為26 nC，導(dǎo)通／截止時(shí)間為106 ns，可以得到峰值驅(qū)動(dòng)電流為，驅(qū)動(dòng)電壓為12 V，本設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)芯片采用IR公司的IR2130驅(qū)動(dòng)模塊，該芯片可用來(lái)驅(qū)動(dòng)工作在母電壓不高于600 V的電路中的功率MOS門器件，其可輸出的最大正向峰值驅(qū)動(dòng)電流為250mA，輸出驅(qū)動(dòng)電壓為10～20V而反向峰值驅(qū)動(dòng)電流為500 mA。它內(nèi)部設(shè)計(jì)有過(guò)流、過(guò)壓及欠壓保護(hù)、封鎖和指示網(wǎng)絡(luò)，使用戶可方便的用來(lái)保護(hù)被驅(qū)動(dòng)的MOS門功率管，加之內(nèi)部自舉技術(shù)的巧妙運(yùn)用使其可用于高壓系統(tǒng)，它還可對(duì)同一橋臂上下2個(gè)功率器件的門極驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生2μs互鎖延時(shí)時(shí)間。它自身工作和電源電壓的范圍較寬(3～20 V)，在它的內(nèi)部還設(shè)計(jì)有與被驅(qū)動(dòng)的功率器件所通過(guò)的電流成線性關(guān)系的電流放大器，電路設(shè)計(jì)還保證了內(nèi)部的3個(gè)通道的高壓側(cè)驅(qū)動(dòng)器和低壓側(cè)驅(qū)動(dòng)器可單獨(dú)使用，亦可只用其內(nèi)部的3個(gè)低壓側(cè)驅(qū)動(dòng)器，并且輸入信號(hào)與TTL及COMS電平兼容。IR2130管腳如圖2所示。
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