基于功率MOSFET的激光器外觸發系統研制
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圖3為功率MOSFET器件的工作原理電路示意圖。圖3(a)中，RG和CGS是影響MOSFET導通延時的主要參數；漏柵極電容CGD是造成開關動作過程中柵極電壓受干擾的主要參數；漏源極電容CDS是影響關斷時間的主要參數。MOSFET器件轉換過程有2個：導通轉換和關斷轉換。導通轉換過程的漏源電壓VDS、漏極電流iD、柵源電壓VGS和與柵極電流iG隨時間t的變化關系如圖3(b)所示。導通轉換過程分成4個階段，各個階段分別是：本文引用地址：http://www.104case.com/article/187836.htm
(1)t0～t1階段：柵極驅動電流iG對CDS和CGS充電，使CGS上的電壓從0上升到MOSFET導通閾值VGS(th)。
(2)t1～t2階段：柵源電壓VGS繼續以指數規律上升，超過MOSFET導通闡值VGS(th)達到Va，在VGS超過VGS(th)后，漏極電流開始增長，并達到最終的輸出電流Io。在這一過程中，由于電壓與電流重疊，MOSFET功耗最大。
(3)t2～t3階段：從t2時刻開始，MOSFET漏源電壓VDS開始下降，引起從漏極到柵極的密勒電容效應，使得VGS不能上升而出現平臺，在t3時刻漏源電壓下降到最小值。
(4)t3～t4階段：在這一區間柵源電壓VGS從平臺上升到最后的驅動電壓。上升的柵壓使漏源電阻RDS(on)減小，t4以后MOSFET進入導通狀態。
MOSFET器件的截止轉換過程與上面的過程相反。由上面的分析可知對柵極驅動電路的要求主要有：
(1)驅動信號的脈沖前、后沿都要陡峭。
(2)對功率MOSFET柵極的充放電回路時間常數要小，以提高功率MOSFET器件的開關速度。
(3)驅動電流為柵極電容的充放電電流，驅動電流要大，才能使開關波形的上升沿和下降沿更快。
選用MOSFET器件IRLML2803，查其特性曲線圖可得：在VDS=15 V、VGS=12 V時，總柵極電荷QG≈3.7 nC，則柵極電容C=QG/VGS=3.7 nC/12 V≈0.3 nF=300 pF。
MOSFET導通和截止的速度與MOSFET柵極電容的充電和放電速度有關。MOSFET柵極電容、導通和截止時間與MOSFET驅動器的驅動電流的關系可以表示為：
dT=(dV×C)/I
式中，dT是導通/截止時間，dV是柵極電壓，C是柵極電容(從柵極電荷值)，I是峰值驅動電流(對于給定電壓值)。
IRLML2803導通/截止時間是4 ns，則I=QG/dT=3.7 nC/4 ns≈0.9 A。即由以上公式得出的峰值驅動電流為0.9 A，同時還需要考慮在MOSFET驅動器和功率MOSFET柵極之間使用的外部電阻，這會減小驅動柵極電容的峰值充電電流，所以選擇峰值輸出電流大于0.9 A的驅動器。系統中采用的是4.5 A高峰值輸出電流的同相驅動器TC4424A，經實驗驗證滿足快上升沿信號輸出要求。
3 測試結果與分析
3.1 觸發信號光纖傳輸轉換測試
激光器外觸發系統采用光纖傳輸和收發技術，由于其本身是由絕緣材料制成，所以具有很好的高電壓隔離能力，同時還具有很強的抗干擾能力，多路光纖信號傳輸的同步性也非常好，滿足對信號高壓隔離和同步性的要求。
圖4為激光器外觸發單元產生的信號波形圖。圖4(a)、圖4(b)中通道2均顯示的是工作頻率50Hz的激光器閃燈觸發信號（前者是輸出個數為50的脈沖序列，后者是單個輸出脈沖），它在控制信號產生單元內由PC機編程產生，經脈沖變壓器隔離、電/光轉換、光纖傳輸處理輸入至觸發單元，再經過光/電轉換、功率晶體管驅動放大，由高耐壓脈沖變壓器隔離輸出至激光器，其上升時間Tr在200 ns以內，主要是由脈沖變壓器的輸出上升時間確定。
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