1、驅(qū)動(dòng)電路的基本任務(wù)是將信息電子電路傳來(lái)的信號(hào)按照其控制目標(biāo)的要求轉(zhuǎn)換為加在電力電 子器件控制端和公共端之間，可以使其開通可關(guān)斷的信號(hào).驅(qū)動(dòng)電路還要提供控制電路和主之間 的電氣隔離.電力電子電路中，除了電力電子器件參數(shù)選擇合適、驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)良好外，采用合適的過(guò)電 壓、過(guò)電流、du/dt保護(hù)、di/di保護(hù)是必要的.電壓驅(qū)動(dòng)型器件(MOSFET)的驅(qū)動(dòng)電力MOSFET是用柵極電壓來(lái)控制漏極電流的，其驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單且需要的驅(qū)動(dòng)功率小，并且還有開關(guān)速度快、工作頻率高的特點(diǎn).另外，電力 MOSFET的熱穩(wěn)定性優(yōu)于GTR,但是電力MOSFET的電流容量小，耐壓低，一般只適用于功率 不超過(guò)10Kw的電力電子裝

2、置中.電力MOSFET的柵源極之間都有數(shù)皮法左右的極間電容，為快速建立驅(qū)動(dòng)電壓，要求驅(qū)動(dòng)電 路具有較小的輸出電阻,使電力MOSFET開通的柵源極間的驅(qū)動(dòng)電壓一般為1015V,同樣關(guān)斷 時(shí)施加一定幅值的負(fù)驅(qū)動(dòng)電壓，一般為-5-15V有利于減小關(guān)斷時(shí)間和關(guān)斷損耗.在柵極串入一 只低值電阻(數(shù)十歐左右)可以減小寄生振蕩，該電阻阻值應(yīng)隨被驅(qū)動(dòng)器件電流額定值的增大而減 小.電力MOSFET種類和結(jié)構(gòu)繁多，按照導(dǎo)電購(gòu)道可以分為P溝道和N溝道.由于電力MOSFET本身結(jié)構(gòu)所致，在其漏極和源極之間形成了一個(gè)與之反向并聯(lián)的寄生二 極管，通常稱作體二極管.它與MOSFET構(gòu)成了一個(gè)整體，使得在漏、源極之間加反向電

3、壓時(shí)器 件導(dǎo)通.MOSFET的漏極伏安特性(輸出特性)包含三個(gè)區(qū)域:截至區(qū)，非飽和區(qū),飽和區(qū).飽和是指漏源電 壓增加時(shí)漏極電流不再增加，非飽和區(qū)是指漏源電壓增加時(shí)漏極電流相應(yīng)增加.電力MOSFET 工作在開關(guān)狀態(tài)，即在截止區(qū)和非飽和區(qū)之間來(lái)回轉(zhuǎn)換.一般來(lái)說(shuō)，電力MOSFET不存在二次擊 穿問(wèn)題，這個(gè)是它的一大優(yōu)點(diǎn).一般電力MOSFET的驅(qū)動(dòng)電路包括電氣隔離和晶體管放大電路.功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管對(duì)柵極驅(qū)動(dòng)電路的要求主要有:觸發(fā)脈沖須具有足夠快的上升和下降速度, 脈沖前后沿要陡峭;開通時(shí)，以低電阻對(duì)柵極電容充電，關(guān)斷時(shí)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;為了使功率MOSF

4、ET可靠觸發(fā)導(dǎo)通，柵極驅(qū)動(dòng)電壓應(yīng)高于器件 的開啟電壓，為了防止誤導(dǎo)通,在功率MOSFET截止時(shí)最好能提供負(fù)的柵-源電壓;功率 MOSFET開關(guān)時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)電流為柵極電容的充放電電流，為了使開關(guān)波形有足夠的上升和下 降陡度，驅(qū)動(dòng)電流要大.過(guò)電壓保護(hù)主要有:防止柵-源過(guò)電壓.如果柵-源間的阻抗過(guò)高，則漏-源間電壓的突變會(huì)通過(guò) 極間電容耦合到柵極而產(chǎn)生相當(dāng)高的柵-源尖峰電壓.這一電壓會(huì)使柵-源氧化層擊穿，造成永久 性損壞.如果是正方向的VGS.瞬態(tài)電壓，還會(huì)引起器件的誤導(dǎo)通，導(dǎo)致該器件或電路其它器件產(chǎn) 生瞬態(tài)電流過(guò)載.解決的辦法是適當(dāng)降低柵極驅(qū)動(dòng)電路的阻抗，在柵-源間并接阻尼電阻，或并接 約25v的

5、齊納二極管，尤其要防止柵極開路工作，防止開關(guān)過(guò)程的漏-源過(guò)電壓.如果器件接有感性負(fù)載，則當(dāng)器件關(guān)斷時(shí)，漏極電流的突變(di/dt)會(huì)產(chǎn)生比外電源還高的漏極 尖峰電壓,導(dǎo)致器件擊穿.功率MOSFET關(guān)斷得越快，產(chǎn)生的過(guò)電壓越高.為此，需在MOSFET中 設(shè)置保護(hù)電路來(lái)吸收浪涌電壓.解決方法一般為加入RC緩沖電路和感性負(fù)載的二極管箝位電 路.發(fā)生短路時(shí)，功率MOSFET漏-源電流迅速增加并超過(guò)額定值，此時(shí)由于在功率MOSFET上 加了高電壓、大電流，必須在過(guò)流極限值所規(guī)定的時(shí)間內(nèi)關(guān)斷功率MOSFET,否則器件將被燒 毀.上述分析可知，功率MOSFET驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)主要包括柵極驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù)電路兩部

6、分.驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)好壞直接決定了系統(tǒng)對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)品質(zhì)，同時(shí)由于它是高電壓、大電流 的強(qiáng)電電路，需要對(duì)其進(jìn)行可靠保護(hù),使其穩(wěn)定運(yùn)行，并且應(yīng)盡量減少對(duì)控制部分弱電電路的干擾.輔助元器件和系統(tǒng)過(guò)電流保護(hù)和過(guò)電壓保護(hù)電力電子變換和控制系統(tǒng)運(yùn)行不正?；虬l(fā)生故障時(shí)，可能發(fā)生過(guò)電流造成開關(guān)器件永久性損 壞.過(guò)電流在過(guò)載和短路兩種情況下發(fā)生.通常電力電子變換器系統(tǒng)中常采用幾種過(guò)流保護(hù)措施 以確保保護(hù)的可靠性和合理性MOSFET的分類與區(qū)別：JFET是小信號(hào)器件，通態(tài)電阻大，常用于射頻工作場(chǎng)合；MOSFET，特別是功 率MOSFET，現(xiàn)在用于功率場(chǎng)合。對(duì)于相同的電壓和模片區(qū)域，P溝道的通態(tài)電阻 更高，并且價(jià)

7、格也更高。所以絕大多數(shù)場(chǎng)合使用NMOS；當(dāng)然，在一些高端驅(qū)動(dòng)的 場(chǎng)合，驅(qū)動(dòng)PMOS要簡(jiǎn)單的多。雖然MOSFET常用于同步整理中，但不考慮體二極管MOSFET也是雙向?qū)ǖ?漏極到源極、源極到漏極都可以導(dǎo)通電流。在門極和源極之間加一個(gè)電壓就可 以雙向?qū)?。在同步整流中，這個(gè)反向?qū)ㄖ苯佣搪敷w二極管，因?yàn)殡娏骱蛯?dǎo)通 電阻RDSon遠(yuǎn)小于體二極管的壓降。MOSFET的損耗：MOSFET的損耗由三部分組成：導(dǎo)通損耗、開關(guān)損耗、及門極充電損耗；先討 論導(dǎo)通損耗。導(dǎo)通損耗：當(dāng)MOSFET全部導(dǎo)通時(shí)，漏源極之間存在一個(gè)電阻，這個(gè)損耗功率的大小取決 于MOSFET流過(guò)的電流大?。篜=I2RDSon。但是，值

8、得注意的是，這個(gè)電阻會(huì)隨著溫 度的升高而增大（典型的關(guān)系是：R（T）=R（25C）*1.007exp（T-25C）;因此要想知道 MOSFET內(nèi)部真是結(jié)溫，就要計(jì)算出總的功率損耗，算出由此引起（乘以熱阻）的 溫升是多少，然后，重新計(jì)算基于新的溫度條件下的電阻值，反復(fù)如此計(jì)算，直到 計(jì)算收斂為止。注意，由于真實(shí)的熱阻并不是很清楚，這種計(jì)算一次迭代就足夠精 確了。如果一次迭代后不收斂，那么損耗功率可能已經(jīng)超過(guò)器件的承受功率了。關(guān)于RDon，你會(huì)發(fā)現(xiàn)“邏輯電平”FET存在不足，它們的門極閾值電壓確實(shí)比普 通FET要低，但是正常驅(qū)動(dòng)時(shí)，它們的導(dǎo)通電阻較大。典型邏輯電平的FET在匕，GS為4.5V時(shí)RD

9、on值可能是Vgs為10V時(shí)的兩倍。門極充電損耗；雖然沒有消耗在MOSFET內(nèi)部，是由于MOSFET有一個(gè)等效的門極電容所引起 的。（不管消耗在器件上還是門極驅(qū)動(dòng)電阻上。）雖然電容和門極電壓關(guān)系是極度 非線性函數(shù)關(guān)系，許多器件手冊(cè)上給出了門極電壓達(dá)到一定電平值V時(shí)總的門極 電荷Q。那么，頻率為fs時(shí)，這些門極電容產(chǎn)生的損耗為P=Q*V*fs。注意這里沒 有系數(shù)，0.5。如果實(shí)際應(yīng)用中，驅(qū)動(dòng)門極時(shí)真實(shí)門極電壓與手冊(cè)年的具體數(shù)字不 同，把手冊(cè)中的所給的電荷值和兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電壓的比值相乘或許是一個(gè)比較好的近 似。當(dāng)實(shí)際電壓大于手冊(cè)給出的電壓時(shí)，這種近似更精確。（對(duì)于高手來(lái)說(shuō)，近似 估計(jì)的限制因素是需要知

10、道到底給米勒電容充電所需要的電荷量）開關(guān)損耗：開關(guān)工作MOSFET的第三部分損耗，也是消耗在MOSFET內(nèi)部的第二個(gè)損耗，就 是開關(guān)損耗。在（非諧振）開通或關(guān)斷轉(zhuǎn)換的任何時(shí)候，品體管上同時(shí)既有電壓又 有電流流過(guò)，這就產(chǎn)生了功率損耗。假設(shè)電流恒定，電壓是時(shí)間的線形函數(shù)，可以估計(jì)開關(guān)損耗的大小。電流斷續(xù) 模式變換器的開關(guān)損耗是：P=I k*V k*ts*fs/2,電流連續(xù)模式變換器的開關(guān)損耗是這 個(gè)值的兩倍。該計(jì)算中，ts是MOSFET從導(dǎo)通狀態(tài)到關(guān)斷狀態(tài)的轉(zhuǎn)換時(shí)間（對(duì)于電 流連續(xù)模式，是從關(guān)斷到導(dǎo)通的轉(zhuǎn)換時(shí)間）；這就是為什么快速驅(qū)動(dòng)門極會(huì)使開關(guān) 損耗更小的原因。開關(guān)功率MOS管三部分損耗，只有兩

11、部分消耗在內(nèi)部導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗。 通過(guò)這些計(jì)算對(duì)損耗有個(gè)很好的認(rèn)識(shí)。在經(jīng)過(guò)封裝熱阻換算，應(yīng)該能夠知道FET是 冷的、熱的還是非常熱的，如果不是很接近計(jì)算的數(shù)值，一定什么地方出錯(cuò)了。關(guān)于門極電阻：通常會(huì)在MOSFE的門極串聯(lián)一個(gè)門極電阻。但是如果兩只MOSFET并聯(lián)，是 否仍然只使用一個(gè)電阻？（這樣一來(lái)好像阻值為原來(lái)的一半）應(yīng)用中，每個(gè)MOSFET上都要各自分別串聯(lián)一個(gè)單獨(dú)的門極電阻，不管器件是否并聯(lián)， 即使它們還有其它的電流限制環(huán)節(jié)，例如串聯(lián)了笑磁環(huán)（珠）。原因是MOSFE除 了有電容外（門-源極），還有電感（連接線和焊接點(diǎn)）。電容和電感形成了一個(gè) 潛在的低阻尼震蕩回路。據(jù)觀測(cè)，并聯(lián)MOS在頻率為100MHz處發(fā)生震蕩！如果 使用數(shù)字示波器，而且不知道如何捕捉這些震蕩信號(hào)，可能根本就看不到它們。但 是，它們是有損耗的，并產(chǎn)生嚴(yán)重的EMI。門極電阻的作用是限制過(guò)大的電流從門 極注入源極或者放回到門極，但是，真正重要的還在于抑制震蕩。最大門極電壓：有人用40V的電壓驅(qū)動(dòng)MOSFET，以便對(duì)門極電容快速充電。這樣門極電壓可 以在很短的時(shí)間內(nèi)上升并超過(guò)閾值電壓。根本不要考慮這樣的方案！為了防止門極 電壓超過(guò)其額定電壓（目前通常是20V），需要在門極上接上齊納二極管，這樣造 成的損