MOSFET的驅動保護電路的設計與應用
加入技術交流群
2 功率MOSFET驅動電路的設計
功率場效應晶體管的柵極對驅動電路的要求主要有以下幾個方面：
1)產生的柵極驅動脈沖必須具有足夠的上升和下降速度，脈沖的前后沿要陡峭：
2)開通時以低電阻對柵極電容充電，關斷時為柵極電荷提供低電阻放電回路，以提高功率MOSFET的開關速度；
3)為了使功率MOSFET可靠導通，柵極驅動脈沖應有足夠的幅度和寬度；
4)功率MOSFET開關時所需的驅動電流為柵極電容的充放電電流，為了使開關波形有足夠的上升下降陡度，驅動電流要大。
MOSFET驅動器在驅動MOSFET功率管的功耗主要包括3個方面：
1)MOSFET柵極電容的充電放電產生的功耗為：
Pc=CG×F×V2DD (1)
其中：CG為MOSFET柵極電容；VDD為MOSFET驅動器電源電壓；F為開關頻率。
2)MOSFET驅動器吸收靜態電流產生的功耗為：
PQ=(IQH×D+IQL(1-D))×VDD (2)
其中：IQH為驅動器輸入為高電平狀態的靜態電流；D為開關波形的占空比；IQL為驅動器輸入為低電平狀態的靜態電流。
3)MOSFET驅動器交越導通電流產生的功耗為：
PS=CC×F×VDD (3)
其中：CC為交越常數。
從上述公式可以推導出，在3部分功耗中其中柵極電容充放電功耗在MOSFET驅動器功耗中占的比例最高，特別是在很低的開關頻率時。同時根據公式減小柵極驅動電壓可以顯著減少驅動器的功耗。
在應用中使MOS管驅動器與MOS管匹配主要是根據功率MOS管導通和截止的速度快慢即柵極電壓的上升和下降時間，也即是MOS管柵極電容的充放電速度。MOS管柵極電容導通與截止的時間與MOS管驅動器的驅動電流的關系可以表示為：
T=(VxC)／I (4)
其中：T表示導通與截止時間，V表示MOS管柵極源極兩端的電壓，C表示柵極電容，I表示驅動器峰值驅動電流。
根據柵極電壓與柵極電容的乘積為柵極電荷Q則上式可轉化為T=Q／I。本設計中功率MOSFET采用IR公司的IRF3710S功率MOSFET芯片，從其datasheet可以得到MOSFET的柵極電荷為26 nC，導通／截止時間為106 ns，可以得到峰值驅動電流為，驅動電壓為12 V，本設計驅動芯片采用IR公司的IR2130驅動模塊，該芯片可用來驅動工作在母電壓不高于600 V的電路中的功率MOS門器件，其可輸出的最大正向峰值驅動電流為250mA，輸出驅動電壓為10～20V而反向峰值驅動電流為500 mA。它內部設計有過流、過壓及欠壓保護、封鎖和指示網絡，使用戶可方便的用來保護被驅動的MOS門功率管，加之內部自舉技術的巧妙運用使其可用于高壓系統，它還可對同一橋臂上下2個功率器件的門極驅動信號產生2μs互鎖延時時間。它自身工作和電源電壓的范圍較寬(3～20 V)，在它的內部還設計有與被驅動的功率器件所通過的電流成線性關系的電流放大器，電路設計還保證了內部的3個通道的高壓側驅動器和低壓側驅動器可單獨使用，亦可只用其內部的3個低壓側驅動器，并且輸入信號與TTL及COMS電平兼容。IR2130管腳如圖2所示。
DIY機械鍵盤相關社區:機械鍵盤DIY
評論