MOSFET的驅(qū)動保護電路的設計與應用
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2 功率MOSFET驅(qū)動電路的設計
功率場效應晶體管的柵極對驅(qū)動電路的要求主要有以下幾個方面：
1)產(chǎn)生的柵極驅(qū)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(guān)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(guān)速度；
3)為了使功率MOSFET可靠導通，柵極驅(qū)動脈沖應有足夠的幅度和寬度；
4)功率MOSFET開關(guān)時所需的驅(qū)動電流為柵極電容的充放電電流，為了使開關(guān)波形有足夠的上升下降陡度，驅(qū)動電流要大。
MOSFET驅(qū)動器在驅(qū)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(chǎn)生的功耗為：
Pc=CG×F×V2DD (1)
其中：CG為MOSFET柵極電容；VDD為MOSFET驅(qū)動器電源電壓；F為開關(guān)頻率。
2)MOSFET驅(qū)動器吸收靜態(tài)電流產(chǎn)生的功耗為：
PQ=(IQH×D+IQL(1-D))×VDD (2)
其中：IQH為驅(qū)動器輸入為高電平狀態(tài)的靜態(tài)電流；D為開關(guān)波形的占空比；IQL為驅(qū)動器輸入為低電平狀態(tài)的靜態(tài)電流。
3)MOSFET驅(qū)動器交越導通電流產(chǎn)生的功耗為：
PS=CC×F×VDD (3)
其中：CC為交越常數(shù)。
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(qū)動器功耗中占的比例最高，特別是在很低的開關(guān)頻率時。同時根據(jù)公式減小柵極驅(qū)動電壓可以顯著減少驅(qū)動器的功耗。
在應用中使MOS管驅(qū)動器與MOS管匹配主要是根據(jù)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(qū)動器的驅(qū)動電流的關(guān)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(qū)動器峰值驅(qū)動電流。
根據(jù)柵極電壓與柵極電容的乘積為柵極電荷Q則上式可轉(zhuǎn)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(qū)動電流為，驅(qū)動電壓為12 V，本設計驅(qū)動芯片采用IR公司的IR2130驅(qū)動模塊，該芯片可用來驅(qū)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(qū)動電流為250mA，輸出驅(qū)動電壓為10～20V而反向峰值驅(qū)動電流為500 mA。它內(nèi)部設計有過流、過壓及欠壓保護、封鎖和指示網(wǎng)絡，使用戶可方便的用來保護被驅(qū)動的MOS門功率管，加之內(nèi)部自舉技術(shù)的巧妙運用使其可用于高壓系統(tǒng)，它還可對同一橋臂上下2個功率器件的門極驅(qū)動信號產(chǎn)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(nèi)部還設計有與被驅(qū)動的功率器件所通過的電流成線性關(guān)系的電流放大器，電路設計還保證了內(nèi)部的3個通道的高壓側(cè)驅(qū)動器和低壓側(cè)驅(qū)動器可單獨使用，亦可只用其內(nèi)部的3個低壓側(cè)驅(qū)動器，并且輸入信號與TTL及COMS電平兼容。IR2130管腳如圖2所示。
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