POWER MOSFET驅(qū)動(dòng)技術(shù)

1、POWER MOSFET 驅(qū)動(dòng)技術(shù)驅(qū)動(dòng)技術(shù)POWER MOSFET 直接驅(qū)動(dòng)直接驅(qū)動(dòng)1POWER MOSFET自舉驅(qū)動(dòng)自舉驅(qū)動(dòng)2POWER MOSFET隔離驅(qū)動(dòng)隔離驅(qū)動(dòng)3POWER MOSFET 并聯(lián)驅(qū)動(dòng)并聯(lián)驅(qū)動(dòng)4POWER MOSFET 的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)N-MOSFET 結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)示意圖POWER MOSFET 等效模型等效模型動(dòng)態(tài)模型：描述了dV/dt的影響開(kāi)關(guān)模型：描述了MOSFET的重要寄生參數(shù)POWER MOSFET 寄生參數(shù)寄生參數(shù),2DS specRSS aveRSS specDS offVCCV,2DS specOSS aveOSS specDS offVCCV,GDRSS a

2、veGSISSRSSDSOSS aveRSS aveCCCCCCCCPOWER MOSFET 開(kāi)通過(guò)程開(kāi)通過(guò)程to-t1: 驅(qū)動(dòng)通過(guò)Rgate 對(duì)Cgs充電，Vgs 電壓以指數(shù)形式上升POWER MOSFET 開(kāi)通過(guò)程開(kāi)通過(guò)程t1-t2: Vgs 達(dá)到MOSFET開(kāi)啟門(mén)檻電壓，MOSFET 進(jìn)入線性區(qū)，Id緩慢上升()dG SthfsIVVgPOWER MOSFET 開(kāi)通過(guò)程開(kāi)通過(guò)程t2-t3: Id達(dá)到穩(wěn)定值，Vgs固定不變，Vds 電壓開(kāi)始下降，VDD給Cgd提供放電電流。（米勒效應(yīng)）POWER MOSFET 開(kāi)通過(guò)程開(kāi)通過(guò)程t3-t4: Vds下降到0V，MOSFET完全導(dǎo)通，VDD繼續(xù)

3、給Cgs充電，直至Vgs=Vdd,MOSFET完成開(kāi)通過(guò)程。POWER MOSFET 關(guān)斷過(guò)程關(guān)斷過(guò)程MOSFET的關(guān)斷過(guò)程是開(kāi)通過(guò)程的反過(guò)程。POWER MOSFET 驅(qū)動(dòng)電流驅(qū)動(dòng)電流0stgsgggsggQItQi dtQItgsgdodgQQQQgefftR CgdrgVieRgdrgpkViR等效電路中的 為等效輸入電容，并不等于effCissCZVS 電路中電路中POWER MOSFET 開(kāi)通過(guò)程開(kāi)通過(guò)程在ZVS電路或同步整流電路中，MOSFET驅(qū)動(dòng)沒(méi)有米勒平臺(tái)。POWER MOSFET 驅(qū)動(dòng)電阻的影響驅(qū)動(dòng)電阻的影響增大驅(qū)動(dòng)電阻的影響Time/uSecs100nSecs/div240

4、240.1240.2240.3240.4Q1-G / V-024681012驅(qū)動(dòng)上升變慢，開(kāi)關(guān)過(guò)程延長(zhǎng)，開(kāi)關(guān)損耗增大。Rgate 增大增大Time/uSecs20nSecs/div450450.02450.04450.06450.08450.1450.12450.14450.16Q1-G / V-0246810121416POWER MOSFET 驅(qū)動(dòng)電阻的影響驅(qū)動(dòng)電阻的影響減小驅(qū)動(dòng)電阻的影響驅(qū)動(dòng)上升變快，驅(qū)動(dòng)電壓過(guò)沖增加，EMI變差Rgate 增大增大Frequency/MHertz2MHertz/div0246810121416Spectrum(Q1-G) / V100n1u10u100u

5、1m10m100m110Frequency/MHertz500kHertz/div00.511.522.533.54Spectrum(Q1-G (tran19) / V10u100u1m10m100m110POWER MOSFET 驅(qū)動(dòng)保護(hù)驅(qū)動(dòng)保護(hù)為防止誤導(dǎo)通，G-S間應(yīng)并一個(gè)電阻。通常為10K為防止關(guān)斷時(shí)誤導(dǎo)通，關(guān)斷時(shí)G-S之間應(yīng)提供一個(gè)低阻抗回路POWER MOSFET 驅(qū)動(dòng)保護(hù)驅(qū)動(dòng)保護(hù)常用的加速關(guān)斷電路 電路簡(jiǎn)單 關(guān)斷電流將流過(guò)芯片 關(guān)斷電流通過(guò)Q3構(gòu)成回路，關(guān)斷電流環(huán)路小 開(kāi)關(guān)G極電位不能到0加速關(guān)斷電路可以加快關(guān)斷速度，減小關(guān)斷損耗，同時(shí)在關(guān)斷時(shí)給開(kāi)關(guān)管提供低阻抗回路，防止誤動(dòng)作。P

6、OWER MOSFET 自舉驅(qū)動(dòng)自舉驅(qū)動(dòng)自舉電路充電回路自舉電路放電回路自舉電路工作原理POWER MOSFET 自舉驅(qū)動(dòng)自舉驅(qū)動(dòng)自舉電路元件參數(shù)計(jì)算 1)由于上管所需的驅(qū)動(dòng)能量來(lái)自于自舉電容，因此自舉電容的容量應(yīng)足夠大。 2)由于自舉二極管工作在高頻開(kāi)關(guān)狀態(tài)，因此需選用高壓快恢復(fù)二極管,max()LK DGQ LSQ DRVGSoffTOTALBOOTBOOTBOOTQIIIItQCVVGLKDQLSQDRVGSQ - I- I- I- I- G-S，其中：柵極電荷自舉二極管漏電流內(nèi)部電平轉(zhuǎn)換靜態(tài)電流自舉電路靜態(tài)電流間漏電流POWER MOSFET 自舉驅(qū)動(dòng)自舉驅(qū)動(dòng)占空比對(duì)自舉電壓的影響PO

7、WER MOSFET 自舉驅(qū)動(dòng)自舉驅(qū)動(dòng)源極負(fù)壓對(duì)于電路的影響POWER MOSFET 自舉驅(qū)動(dòng)自舉驅(qū)動(dòng)減小源極負(fù)壓對(duì)電路影響的方法 能一定程度緩解源極負(fù)壓對(duì)電路的影響，但是會(huì)使得自舉電容充電時(shí)間常數(shù)變長(zhǎng) 能有效減小源極負(fù)壓的影響，但是同樣使得自舉電容充電時(shí)間變長(zhǎng)POWER MOSFET 自舉驅(qū)動(dòng)自舉驅(qū)動(dòng)減小寄生電感的方法 開(kāi)關(guān)之間的走線不形成回路 減小開(kāi)關(guān)管的走線長(zhǎng)度 自舉二極管應(yīng)盡可能靠近自舉電容 去耦電容和柵極驅(qū)動(dòng)電阻應(yīng)盡可能靠近柵極驅(qū)動(dòng)集成電路。POWER MOSFET 隔離驅(qū)動(dòng)隔離驅(qū)動(dòng)1DRVCDRVDRVDRVGSVVVD VDVVnnnMOSFET的驅(qū)動(dòng)電壓與占空比有關(guān)，應(yīng)確保在最

8、大占空比時(shí)有足夠的驅(qū)動(dòng)電壓。POWER MOSFET 隔離驅(qū)動(dòng)隔離驅(qū)動(dòng)1nCDGSDRVDDRVCGSVVVVVVVVn變壓器匝比為1，MOSFET的G-S間電壓與占空比無(wú)關(guān)。POWER MOSFET 隔離驅(qū)動(dòng)隔離驅(qū)動(dòng) 對(duì)于上下管占空比相等的隔離驅(qū)動(dòng)，可以不需要隔直電容，但必須保證在任何情況下，驅(qū)動(dòng)變壓器不飽和。POWER MOSFET 隔離驅(qū)動(dòng)隔離驅(qū)動(dòng)Time/mSecs200uSecs/div00.20.40.60.811.2Vg / V-10-8-6-4-20246810由于R1，C1，驅(qū)動(dòng)變壓器勵(lì)磁電感構(gòu)成RLC串聯(lián)電路，因此在起機(jī)或大動(dòng)態(tài)時(shí)容易產(chǎn)生震蕩。Time/mSecs200uS

9、ecs/div00.20.40.60.811.2Vg / V-6-4-20246810LCQ=R由于，因此減小驅(qū)動(dòng)變壓器的勵(lì)磁電感，增大隔直電容和驅(qū)動(dòng)電阻可以抑制此震蕩POWER MOSFET 隔離驅(qū)動(dòng)隔離驅(qū)動(dòng)隔離驅(qū)動(dòng)變壓器的要求 信號(hào)延遲小，寄生電容小 漏感小，波形失真小 高低壓側(cè)可靠絕緣POWER MOSFET 隔離驅(qū)動(dòng)隔離驅(qū)動(dòng)隔離驅(qū)動(dòng)變壓器的設(shè)計(jì)1. 選擇合適的磁芯2. 計(jì)算原邊匝數(shù)3. 選擇線徑，通常情況下，最好是能一層繞完一個(gè)繞組。4. 確定繞組排布POWER MOSFET 并聯(lián)驅(qū)動(dòng)并聯(lián)驅(qū)動(dòng)寄生參數(shù)對(duì)并聯(lián)驅(qū)動(dòng)的影響A-0510152025Time/uSecs100nSecs/div2

10、70270.1270.2270.3270.4270.5V-0246810Q4-GQ3-GI(Q3-D)I(Q4-D)A-0510152025Time/uSecs20nSecs/div655655.02655.04655.06655.08655.1655.12655.14V-4048I(Q3-D)I(Q4-D)Q4-GQ3-GPOWER MOSFET 并聯(lián)驅(qū)動(dòng)并聯(lián)驅(qū)動(dòng)寄生參數(shù)對(duì)并聯(lián)驅(qū)動(dòng)的影響A-048121620Time/uSecs50nSecs/div500500.05500.1500.15500.2500.25500.3500.35V-024681012A-051015202530Time/

11、uSecs50nSecs/div605605.05605.1605.15605.2605.25605.3605.35V-4048并聯(lián)MOSFET使用單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)電阻可以改善并聯(lián)均流問(wèn)題POWER MOSFET 并聯(lián)驅(qū)動(dòng)并聯(lián)驅(qū)動(dòng)寄生參數(shù)對(duì)并聯(lián)驅(qū)動(dòng)的影響在MOSFET的柵極串聯(lián)一個(gè)磁珠并增大驅(qū)動(dòng)電阻可以很好的改善MOSFET的并聯(lián)效果。A-048121620Time/uSecs50nSecs/div310310.05310.1310.15310.2310.25310.3310.35310.4V-024681012A-048121620Time/uSecs100nSecs/div615615.1615.2615.3615.4615.5V-8-4048POWER MOSFET 并聯(lián)驅(qū)動(dòng)并聯(lián)驅(qū)動(dòng)Vth對(duì)并聯(lián)驅(qū)動(dòng)的影響S1-CP / V024681012Time/uSecs5uSecs/div620625630635640645650A-20-10010203040如果Vth1Vth2MOSFET并聯(lián)驅(qū)動(dòng)時(shí)，應(yīng)盡可能保證MOSFET的Vth一