在使用mosfet設(shè)計開關(guān)電源時,大部分人都會考慮mosfet的導(dǎo)通電阻、最大電壓、最大電流。但很多時候也僅僅考慮了這些因素,這樣的電路也許可以正常工作,但并不是一個好的設(shè)計方案。更細致的,mosfet還應(yīng)考慮本身寄生的參數(shù)。對一個確定的mosfet,其驅(qū)動電路,驅(qū)動腳輸出的峰值電流,上升速率等,都會影響mosfet的開關(guān)性能。
下面介紹幾個模塊電源中常用的mosfet驅(qū)動電路。
1、電源ic直接驅(qū)動mosfet
圖 1 ic直接驅(qū)動mosfet
電源ic直接驅(qū)動是我們最常用的驅(qū)動方式,同時也是最簡單的驅(qū)動方式,使用這種驅(qū)動方式,應(yīng)該注意幾個參數(shù)以及這些參數(shù)的影響。第一,查看一下電源ic手冊,其最大驅(qū)動峰值電流,因為不同芯片,驅(qū)動能力很多時候是不一樣的。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)動峰值電流,那么管子導(dǎo)通的速度就比較慢。如果驅(qū)動能力不足,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)動電阻阻值的選擇,所以rg并不能無限減小。
2、電源ic驅(qū)動能力不足時
如果選擇mos管寄生電容比較大,電源ic內(nèi)部的驅(qū)動能力又不足時,需要在驅(qū)動電路上增強驅(qū)動能力,常使用圖騰柱電路增加電源ic驅(qū)動能力,其電路如圖 2虛線框所示。
圖 2 圖騰柱驅(qū)動mos
這種驅(qū)動電路作用在于,提升電流提供能力,迅速完成對于柵極輸入電容電荷的充電過程。這種拓撲增加了導(dǎo)通所需要的時間,但是減少了關(guān)斷時間,開關(guān)管能快速開通且避免上升沿的高頻振蕩。
3、驅(qū)動電路加速mos管關(guān)斷時間
圖 3 加速mos關(guān)斷
關(guān)斷瞬間驅(qū)動電路能提供一個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)動電阻上并聯(lián)一個電阻和一個二極管,如圖 3所示,其中d1常用的是快恢復(fù)二極管。這使關(guān)斷時間減小,同時減小關(guān)斷時的損耗。rg2是防止關(guān)斷的時電流過大,把電源ic給燒掉。
圖 4 改進型加速mos關(guān)斷
在第二點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)動能力足夠時,對圖 2中電路改進可以加速mos管關(guān)斷時間,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,柵源極間電容短接,達到最短時間內(nèi)把電荷放完,最大限度減小關(guān)斷時的交叉損耗。與圖 3拓撲相比較,還有一個好處,就是柵源極間電容上的電荷泄放時電流不經(jīng)過電源ic,提高了可靠性。
4、驅(qū)動電路加速mos管關(guān)斷時間
圖 5 隔離驅(qū)動
為了滿足如圖 5所示高端mos管的驅(qū)動,經(jīng)常會采用變壓器驅(qū)動,有時為了滿足安全隔離也使用變壓器驅(qū)動。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,同時也能防止磁芯飽和。
除了以上驅(qū)動電路之外,還有很多其它形式的驅(qū)動電路。對于各種各樣的驅(qū)動電路并沒有一種驅(qū)動電路是最好的,只有結(jié)合具體應(yīng)用,選擇最合適的驅(qū)動。