mosfet的驱动技术详解

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1、MOSFET的驱动技术详解simtriex/simplis仿真电路用软件MOSFET作为功率开关管，已经是是开关电源领域的绝对主力器件。虽然MOSFET作为电压型驱动器件，其驱动表面上看来是非常简单，但是详细分析起来并不简单。下面我会花一点时间，一点点来解析MOSFET的驱动技术，以及在不同的应用，应该采用什么样的驱动电路。首先，来做一个实验，把一个MOSFET的G悬空，然后在DS上加电压，那么会出现什么情况呢？很多工程师都知道，MOS会导通甚至击穿。这是为什么呢？我根本没有加驱动电压，MOS怎么会导通？用下面的图1，来做个仿真；去探测G极

2、的电压，发现电压波形如图2所示。图1图2这种情况有什么危害呢？实际情况下，MOS肯定有驱动电路的么，要么导通，要么关掉。问题就出在开机，或者关机的时候，最主要是开机的时候，此时你的驱动电路还没上电。但是输入上电了，由于驱动电路没有工作，G级的电荷无法被释放，就容易导致MOS导通击穿。那么怎么解决呢？在GS之间并一个电阻。其仿真的结果如图4。几乎为0V。图3图4什么叫驱动能力，很多PWM芯片，或者专门的驱动芯片都会说驱动能力，比如384X的驱动能力为1A，其含义是什么呢？假如驱动是个理想脉冲源，那么其驱动能力就是无穷大，想提供多大电流就给多大

3、。但实际中，驱动是有内阻的，假设其内阻为10欧姆，在10V电压下，最多能提供的峰值电流就是1A，通常也认为其驱动能力为1A。那什么叫驱动电阻呢，通常驱动器和MOS的G极之间，会串一个电阻，就如下图5的R3。驱动电阻的作用，如果你的驱动走线很长，驱动电阻可以对走线电感和MOS结电容引起的震荡起阻尼作用。但是通常，现在的PCB走线都很紧凑，走线电感非常小。第二个，重要作用就是调解驱动器的驱动能力，调节开关速度。当然只能降低驱动能力，而不能提高。图5对上图进行仿真，R3分别取1欧姆，和100欧姆。下图6是MOS的G极的电压波形上升沿。图7是驱动的

4、下降沿(G极电压)。图6图7那么驱动的快慢对MOS的开关有什么影响呢？下图8是MOS导通时候DS的电压：图9是MOS导通时候DS电流波形：图8图9红色的是R3=1欧姆，绿色的是R3=100欧姆。可见R3越大，MOS的导通速度越慢。红色的是R3=1欧姆，绿色的是R3=100欧姆。可见R3越大，MOS的导通速度越慢。可以看到，驱动电阻增加可以降低MOS开关的时候得电压电流的变化率。比较慢的开关速度，对EMI有好处。下图10是对两个不同驱动情况下，MOS的DS电压波形做付利叶分析得到：红色的是R3=1欧姆，绿色的是R3=100欧姆。可见，驱动电阻

5、大的时候，高频谐波明显变小。图10但是驱动速度慢，又有什么坏处呢？那就是开关损耗大了，下图11是不同驱动电阻下，导通损耗的功率曲线。红色的是R3=1欧姆，绿色的是R3=100欧姆。可见，驱动电阻大的时候，损耗明显大了。图11结论：驱动电阻到底选多大？还真难讲，小了，EMI不好，大了，效率不好。所以只能一个折中的选择了。那如果，开通和关断的速度要分别调节，怎么办？就用以下电路图12、图13。 图12图13MOSFET的自举驱动：对于NMOS来说，必须是G极的电压高于S极一定电压才能导通。那么对于对S极和控制IC的地等电位的MOS来说，驱动根本

6、没有问题，如上图。但是对于一些拓扑，比如BUCK（开关管放在上端），双管正激，双管反激，半桥，全桥这些拓扑的上管，就没办法直接用芯片去驱动，那么可以采用自举驱动电路。看下图的BUCK电路：图14加入输入12V，MOS的导通阀值为3V，那么对于Q1来说，当Q1导通之后，如果要维持导通状态，Q1的G级必须保证15V以上的电压，因为S级已经有12V了。那么输入才12V，怎么得到15V的电压呢？其实上管Q1驱动的供电在于Cboot。看下图15，芯片的内部结构：图15Cboot是挂在boot和LX之间的，而LX却是下管的D级，当下管导通的时候，LX接

7、地，芯片的内部基准通过Dboot（自举二极管）对Cboot充电。当下管关，上管通的时候，LX点的电压上升，Cboot上的电压自然就被举了起来。这样驱动电压才能高过输入电压。当然芯片内部的逻辑信号在提供给驱动的时候，还需要Levelshift电路，把信号的电平电压也提上去。Buck电路，现在有太多的控制芯片集成了自举驱动，让整个设计变得很简单。但是对于，双管的，桥式的拓扑，多数芯片没有集成驱动。那样就可以外加自举驱动芯片，48V系统输入的，可以采用Intersil公司的ISL21XX，HIP21XX系列。如果是AC/DC中，电压比较高的，可以

8、采用IR的IR21XX系列。下图16是ISL21XX的内部框图，其核心的东西，就是红圈里的boot二极管，和Levelshift电路： 图16ISL21XX驱动桥式电路示意图：