柵極驅動


在超聲波發生電路中我們提到柵極驅動變壓器的制作方法,這里講柵極驅動。什么是柵極驅動,說白了就是MOSFET的G極的驅動,柵極用PWM方波驅動,但是會形成RLC振盪電路,原因是電容是寄生的,電感受布線影響較大,但是也屬於寄生電感的范疇,這樣輸入會形成LC振盪,導致MOSFET各種打開關閉,很容易燒毀MOSFET。

我們采用的方案是,優化布線,減小寄生電感,在此基礎之上串聯更大的電阻,可以減小振盪,但是也削弱了驅動能力。

下圖是我們提供的方波驅動,在電路模擬中攜帶了很大的振盪,會燒毀MOSFET。這個圖中提到一個公式R<平方根L/C,這是一個阻尼公式,當R小於的時候欠阻尼,當R大於的時候過阻尼;

具體看看視頻就知道了!http://3g.163.com/v/video/VK58H9T93.html

 

用TC4420做柵極驅動芯片(TC4429是輸出和TC4420反相),電路圖:

捎帶認識一下雙向穩壓二極管也就是圖中的D3

 

 

幾種常見的場管驅動電路,如圖:

 

 

 

左上的電路是用PWM芯片3842、3842直接驅動,右上圖電源芯片的驅動能力不足以驅動IGBT大功率,增加了圖騰柱推挽方式增強驅動能力,左下增強了寄生電容的放電能力,右下也增強了寄生電容的放電能力,但是右下圖的好處是直接放電給了地,而左下圖放電給了IC芯片,對芯片不好!

 

下面有一篇引用的博客(內容同上):

關於MOS管驅動電路的設計

在使用MOSFET設計開關電源時,大部分人都會考慮MOSFET的導通電阻、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,但並不是一個好的設計方案。更細致的,MOSFET還應考慮本身寄生的參數。對一個確定的MOSFET,其驅動電路,驅動腳輸出的峰值電流,上升速率等,都會影響MOSFET的開關性能。

當電源IC與MOS管選定之后,選擇合適的驅動電路來連接電源IC與MOS管就顯得尤其重要了。

一個好的MOSFET驅動電路有以下幾點要求:

開關管開通瞬時,驅動電路應能提供足夠大的充電電流使MOSFET柵源極間電壓迅速上升到所需值,保證開關管能快速開通且不存在上升沿的高頻振盪。

開關導通期間驅動電路能保證MOSFET柵源極間電壓保持穩定且可靠導通。

關斷瞬間驅動電路能提供一個盡可能低阻抗的通路供MOSFET柵源極間電容電壓的快速泄放,保證開關管能快速關斷。

驅動電路結構簡單可靠、損耗小。

根據情況施加隔離。

下面介紹幾個模塊電源中常用的MOSFET驅動電路。

1、電源IC直接驅動MOSFET

關於MOS管驅動電路的設計
圖1 IC直接驅動MOSFET

電源IC直接驅動是我們最常用的驅動方式,同時也是最簡單的驅動方式,使用這種驅動方式,應該注意幾個參數以及這些參數的影響。第一,查看一下電源IC手冊,其最大驅動峰值電流,因為不同芯片,驅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管導通的需要的能量就比較大,如果電源IC沒有比較大的驅動峰值電流,那么管子導通的速度就比較慢。如果驅動能力不足,上升沿可能出現高頻振盪,即使把圖 1中Rg減小,也不能解決問題!IC驅動能力、MOS寄生電容大小、MOS管開關速度等因素,都影響驅動電阻阻值的選擇,所以Rg並不能無限減小。

2、電源IC驅動能力不足時

如果選擇MOS管寄生電容比較大,電源IC內部的驅動能力又不足時,需要在驅動電路上增強驅動能力,常使用圖騰柱電路增加電源IC驅動能力,其電路如圖 2虛線框所示。

關於MOS管驅動電路的設計
圖2圖騰柱驅動MOS

這種驅動電路作用在於,提升電流提供能力,迅速完成對於柵極輸入電容電荷的充電過程。這種拓撲增加了導通所需要的時間,但是減少了關斷時間,開關管能快速開通且避免上升沿的高頻振盪。

3、驅動電路加速MOS管關斷時間

關於MOS管驅動電路的設計
圖3加速MOS關斷

關斷瞬間驅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,保證開關管能快速關斷。為使柵源極間電容電壓的快速泄放,常在驅動電阻上並聯一個電阻和一個二極管,如圖3所示,其中D1常用的是快恢復二極管。這使關斷時間減小,同時減小關斷時的損耗。Rg2是防止關斷的時電流過大,把電源IC給燒掉。

關於MOS管驅動電路的設計
圖4改進型加速MOS關斷

在第二點介紹的圖騰柱電路也有加快關斷作用。當電源IC的驅動能力足夠時,對圖 2中電路改進可以加速MOS管關斷時間,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的發射極沒有電阻,當PNP三極管導通時,柵源極間電容短接,達到最短時間內把電荷放完,最大限度減小關斷時的交叉損耗。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過電源IC,提高了可靠性。

4、驅動電路加速MOS管關斷時間

關於MOS管驅動電路的設計
圖5隔離驅動

為了滿足如圖 5所示高端MOS管的驅動,經常會采用變壓器驅動,有時為了滿足安全隔離也使用變壓器驅動。其中R1目的是抑制PCB板上寄生的電感與C1形成LC振盪,C1的目的是隔開直流,通過交流,同時也能防止磁芯飽和。

除了以上驅動電路之外,還有很多其它形式的驅動電路。對於各種各樣的驅動電路並沒有一種驅動電路是最好的,只有結合具體應用,選擇最合適的驅動。在設計電源時,有上述幾個角度出發考慮如何設計MOS管的驅動電路,如果選用成品電源,不管是模塊電源、普通開關電源、電源適配器等,這部分的工作一般都由電源設計廠家完成。

除了以上驅動電路之外,還有很多其它形式的驅動電路。對於各種各樣的驅動電路並沒有一種驅動電路是最好的,只有結合具體應用,選擇最合適的驅動。

 

一個經典的,很多人用的H橋驅動電路:

上圖中備注三極管換成場管,原因是三極管有0.7伏特的壓降,而場效應管基本沒有;

 

下面鏈接這位仁兄有很多失敗的教訓,寫的很好,可以參考一下:http://bbs.elecfans.com/jishu_1590124_1_1.html

 

下面是IR2103的柵極驅動電路:


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