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1、功率场效应管驱动电路的研究原载：《电气开关》2002年NO.2刘星平(湖南工程学院,湖南 长沙 411101)摘 要:探讨了功率场效用管(MOSFET)的栅极驱动问题,总结了三种在实际中很有应用价值的栅极驱动电路。关键词:功率场效应管;栅极驱动中图分类号:TN386 文献标识码:BInvestigationonPowerMOSFFT′sGateDrivingCircuitLIUXing-ping(HunanInstituteofEngineering,XiangtanHunan411101China)Abstra
2、ct:ThispaperinvestigatesthequestionongatedrivingofpowerMOSFET,summarizesthreespeciesgatedrivingcircuits,whicharevaluableinpractice.Keywords:powerMOSFET;gatedriving1 前言功率场控制器件泛指一切用电压信号控制工作电流的电力电子器件。这类器件的基本特点是输入阻抗极高,因而所需驱动功率很小,而且大多数器件在控制信号撤除之后即会自行关断,是一种高性能的自关断器件。与各
3、种双极型电力电子器件相比,功率MOSFET从原理到性能都有很多独特之处。在电力电子电路中充分利用和发挥这些特长,可把电力电子技术推入一个新的阶段。功率MOSFET在线性放大和功率开关等方面的应用正在向深度和广度迅速发展,各种新颖电路不断问世。这里仅就栅极驱动方面的问题进行探讨。2 关于驱动电路的有关问题 MOSFET管工作在高频时,为了防止振荡,有两点必须注意:第一,尽可能减少MOSFET各端点的连接线长度,特别是栅极引线,如果无法使引线缩短,则可按图1所示,靠近栅极处串联一个小电阻以便控制寄生振荡;第二,由于MOSF
4、ET的输入阻抗高,驱动电源的阻抗必须比较低,以避免正反馈所引起的振荡,特别是MOSFET的直流输入阻抗非常高,但它的交流输入阻抗是随频率而改变的,因此MOSFET的驱动波形的上升和下降时间与驱动脉冲发生器阻抗有关。另外,MOSFET的栅—源极间的硅氧化层的耐压是有限的,如果实际的电压数值超过元件的额定值,则就会被击穿,产生永久性的损坏。实际的栅—源电压最大值在20～30V之间。值得指出的是,即使实际电压为20V,仍然要细致分析一下是否会出现由于寄生电感引起的电压快速上升的尖峰,引起击穿MOSFET的硅氧化层问题。图1 M
5、OSFET工作在共源极的电路图图2 用TTL驱动功率场效应管的电路图图片附件:[图1和图2]fig1-2.JPG(2006-3-1413:24,17.35K)3 实用的驱动电路3.1 直接驱动式比较简单又比较可靠的驱动方式是使用集电极开路的TTL按图2所示与功率MOSFET连接。这种方式可以产生足够高的栅压使器件充分导通,并保证较高的关断速度。由于外接负载电阻RL须有一定大小,以限制TTL的低电平输出晶体管的功率耗散,因而这种驱动方式的开通速度不够高。不过,对感性负载的开关电路来说,出于对动态损耗的考虑,关断速度的重要性
6、就是要强一些。图3所示的两种TTL驱动方式也是使用集电极开路的TTL,但在TTL与功率MOSFET之间加了附属电路。图3(a)所示的驱动方式是对简易方式的一种初步改进,它不但能降低TTL器件的功率耗散,也能保证较高的开通速度。图3(b)所示的驱动方式可进一步改善驱动性能,不但关断时间可以进一步缩短,开通时间与关断时间的差别也通过互补电路而消除。同时,在这种驱动方式中的两个外接晶体管起着射极跟随器的作用,因而功率MOSFET永远不会被驱动到饱和区。由于互补方式增加了驱动功率,这种方式更适合于大功率MOSFET的驱动。图3
7、用TTL驱动功率场效应管的两种改进电路图 图4 用CMOS驱动功率场效应管的电路图图片附件:[图3和图4]fig3-4.JPG(2006-3-1413:24,28.28K)3.2 用CMOS传输门驱动由于MOSFET有很高的输入阻抗,所以可考虑用CMOS电路直接驱动其栅极,如图4所示。直接使用CMOS驱动功率MOSFET的优点是两者都可以用10～15V电源供电。为了保证功率MOSFET在传导逐渐上升的连续电流时工作在线性区,至少要使其栅压超过10V。CMOS也可用10～15V电源供电,这就可以直接将CMOS与功
8、率MOSFET相接而不用任何附加电路,也不需要连外接电阻。但是,由于CMOS能够提供的充电电流和能够接受的放电电流都很有限,因而对功率MOSFET的开关速度有所影响。虽然CMOS缓冲器接受功率MOSFET栅极放电电流的能力比标准CMOS栅极高很多,但是提供充电电流的能力基本上还是一样。因此,跟使用集电极开路的TTL驱
