MOSFET 因导通内阻低、开关速度快等优点被广泛应用于开关电源中。MOSFET 的驱动常根据电源 IC 和 MOSFET 的参数选择合适的电路。下面一起探讨 MOSFET 用于开关电源的驱动电路
 
在使用 MOSFET 设计开关电源时,大部分人都会考虑 MOSFET 的导通电阻、最大电压、最大电流。但很多时候也仅仅考虑了这些因素,这样的电路也许可以正常工作,但并不是一个好的设计方案。更细致的,MOSFET 还应考虑本身寄生的参数。对一个确定的 MOSFET,其驱动电路,驱动脚输出的峰值电流,上升速率等,都会影响 MOSFET 的开关性能。
 
当电源 IC 与 MOS 管选定之后,选择合适的驱动电路来连接电源 IC 与 MOS 管就显得尤其重要了。
 
一个好的 MOSFET 驱动电路有以下几点要求:
(1)开关管开通瞬时,驱动电路应能提供足够大的充电电流使 MOSFET 栅源极间电压迅速上升到所需值,保证开关管能快速开通且不存在上升沿的高频振荡。
 
(2)开关导通期间驱动电路能保证 MOSFET 栅源极间电压保持稳定且可靠导通。
 
(3)关断瞬间驱动电路能提供一个尽可能低阻抗的通路供 MOSFET 栅源极间电容电压的快速泄放,保证开关管能快速关断。
 
(4)驱动电路结构简单可靠、损耗小。
 
(5)根据情况施加隔离。
 
下面介绍几个模块电源中常用的 MOSFET 驱动电路。
 
1、电源 IC 直接驱动 MOSFET
 
图 1 IC 直接驱动 MOSFET
 
电源 IC 直接驱动是我们最常用的驱动方式,同时也是最简单的驱动方式,使用这种驱动方式,应该注意几个参数以及这些参数的影响。第一,查看一下电源 IC 手册,其最大驱动峰值电流,因为不同芯片,驱动能力很多时候是不一样的。第二,了解一下 MOSFET 的寄生电容,如图 1 中 C1、C2 的值。如果 C1、C2 的值比较大,MOS 管导通的需要的能量就比较大,如果电源 IC 没有比较大的驱动峰值电流,那么管子导通的速度就比较慢。如果驱动能力不足,上升沿可能出现高频振荡,即使把图 1 中 Rg 减小,也不能解决问题!IC 驱动能力、MOS 寄生电容大小、MOS 管开关速度等因素,都影响驱动电阻阻值的选择,所以 Rg 并不能无限减小。
 
2、电源 IC 驱动能力不足时
如果选择 MOS 管寄生电容比较大,电源 IC 内部的驱动能力又不足时,需要在驱动电路上增强驱动能力,常使用图腾柱电路增加电源 IC 驱动能力,其电路如图 2 虚线框所示。
 
图 2 图腾柱驱动 MOS
 
这种驱动电路作用在于,提升电流提供能力,迅速完成对于栅极输入电容电荷的充电过程。这种拓扑增加了导通所需要的时间,但是减少了关断时间,开关管能快速开通且避免上升沿的高频振荡。
 
3、驱动电路加速 MOS 管关断时间
 
图 3 加速 MOS 关断
 
关断瞬间驱动电路能提供一个尽可能低阻抗的通路供 MOSFET 栅源极间电容电压快速泄放,保证开关管能快速关断。为使栅源极间电容电压的快速泄放,常在驱动电阻上并联一个电阻和一个二极管,如图 3 所示,其中 D1 常用的是快恢复二极管。这使关断时间减小,同时减小关断时的损耗。Rg2 是防止关断的时电流过大,把电源 IC 给烧掉。
 
图 4 改进型加速 MOS 关断
 
在第二点介绍的图腾柱电路也有加快关断作用。当电源 IC 的驱动能力足够时,对图 2 中电路改进可以加速 MOS 管关断时间,得到如图 4 所示电路。用三极管来泄放栅源极间电容电压是比较常见的。如果 Q1 的发射极没有电阻,当 PNP 三极管导通时,栅源极间电容短接,达到最短时间内把电荷放完,最大限度减小关断时的交叉损耗。与图 3 拓扑相比较,还有一个好处,就是栅源极间电容上的电荷泄放时电流不经过电源 IC,提高了可靠性。
 
4、驱动电路加速 MOS 管关断时间
 
图 5 隔离驱动
 
为了满足如图 5 所示高端 MOS 管的驱动,经常会采用变压器驱动,有时为了满足安全隔离也使用变压器驱动。其中 R1 目的是抑制 PCB 板上寄生的电感与 C1 形成 LC 振荡,C1 的目的是隔开直流,通过交流,同时也能防止磁芯饱和。
 
除了以上驱动电路之外,还有很多其它形式的驱动电路。对于各种各样的驱动电路并没有一种驱动电路是最好的,只有结合具体应用,选择最合适的驱动。在设计电源时,有上述几个角度出发考虑如何设计 MOS 管的驱动电路,如果选用成品电源,不管是模块电源、普通开关电源、电源适配器等,这部分的工作一般都由电源设计厂家完成。
 
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除了以上驱动电路之外,还有很多其它形式的驱动电路。对于各种各样的驱动电路并没有一种驱动电路是最好的,只有结合具体应用,选择最合适的驱动。