功率場效應管在PDP驅動電路中的應用第1頁/共21頁

等離子電視（PDP）是利用惰性氣體放電產生的真空紫外線VUV，激發低能熒光粉發光來實現彩色圖像顯示的。PDP工作需要驅動電路產生高壓脈沖來驅動屏體電極。PDP驅動電路中存在大量的功率開關器件，并要求功率開關器件有極快的開關速度（包括由導通轉向截止的過渡時間Toff，和由截止轉向導通的過渡時間Ton），以及大電流、高耐壓的要求。

0V176V350V-70VPDP部分高壓驅動波形第2頁/共21頁場效應管（MOSFET）由于具有如下優點而廣泛應用于PDP驅動電路中，這些優點主要是：（1）場效應管是多數載流子導電，不存在少數載流子的存儲效應，從而有較高的開關速度。（2）具有較寬的安全工作區而不會產生熱點和二次擊穿，同時它具有正的溫度系數，容易并聯使用，可以解決大電流問題。（3）具有較高的開啟電壓，即閾值電壓，因此具有較高的噪聲容限和抗干擾能力，給電路設計和調試帶來很大的方便。（4）由于它是電壓控制器件，具有很高的輸入阻抗，因此驅動功率小，而且驅動電路簡單。可見，這些優點是雙極晶體管不具備的。第3頁/共21頁

PDP驅動電路是一種高壓開關電路，電壓幅值負幾十伏到正幾百伏左右，工作頻率100~233kHz，驅動電路的設計選型對PDP的畫面質量尤為重要。在基于“開關”的驅動電路設計完成后，需要解決兩個問題：一是選擇合適的MOS管替代驅動電路中的“開關”，二是進行MOS管的柵極驅動電路設計。K1Us基于“開關”的電路基于“MOS管”的電路UsK2K3M1M2M3M4說明：K3是“雙向”開關，用2只N型MOS管實現。另外，PDP驅動電路中，大多選用性價比高的N型MOS管。第4頁/共21頁

MOS管的選型就是選擇參數合適的MOS管，使驅動電路能夠高效率、穩定地工作，且壽命滿足要求。簡單地說，就是要求MOS管的過渡過程要足夠快，以便減少開關損耗；導通電阻足夠小，以便減少導通損耗；關斷電阻足夠大，以便提高隔離作用，同時兼顧成本因素。一、MOS管的選型第5頁/共21頁（1）耐壓BVdss(V)

（2）最大直流漏電流Id(A)（3）漏源導通電阻Rds(on)(Ω或mΩ)（4）漏極功耗Pd(W)（5）輸入電容Ciss(pF)（6）上升時間tr(ns)導通時間ton(ns)下降時間tf(ns)關斷時間toff(ns)反向恢復時間trr(ns)（7）柵極總電荷Qg(nC)（8）溝道溫度Tch（℃）結溫度Tj（℃）（9）微分電壓dv/dt(V/ns)（10）熱阻Rthck(K/W)

MOS管的參數很多，達幾十個，下面給出了一些設計中要重點考慮的參數，括號內為常用單位：第6頁/共21頁在PDP驅動電路設計中，在Vdss、Id、Pd等滿足要求的前提下，Rds(on)、trr、Ciss、Qg參數要認真考慮，Rds(on)為導通電阻，低的導通電阻有助于減少導通損耗，特別是與“能量回收電路”相關的MOS管（圖中的M1、M2、M3、M4），低的導通電阻有助于提高能量回收的效率，降低PDP的功耗。UsM1M2M3M4LXCsCp第7頁/共21頁

trr、Ciss、Qg參數影響MOS管的開關速度，低的參數值能夠加快MOS管的轉換過程，有助于減少MOS管的開關損耗。另外，低的Ciss和Qg參數，能夠減少MOS管柵極的驅動功率，簡化柵極驅動電路的設計。第8頁/共21頁

MOS管存在兩種轉換過程：一是導通轉換過程，二是關斷轉換過程。右圖為MOS管導通轉換過程的示意圖，導通轉換過程分為4個區間，Vgs－t曲線是單調遞增的，對應于MOS管柵極電容的充電過程，區間Ⅲ的平臺是由于MOS管的密勒電容引起的。可以看出，區間Ⅱ和Ⅲ的電壓與電流重疊，是MOS管導通過程功耗最大的區域。ⅠⅡⅢⅣIdVdstⅠⅡⅢⅣVgstVth二、MOS管的柵極驅動電路設計。(a)導通過程，柵極電壓Vgs-t曲線

(b)導通過程，漏源電壓Vds與漏極電流Id的變化第9頁/共21頁關斷轉換過程也分為4個區間，Vgs－t曲線是單調遞減的，對應于MOS管柵極電容的放電過程，區間Ⅱ的平臺也是由于MOS管的密勒電容引起的。可以看出，區間Ⅱ和Ⅲ的電壓與電流重疊，是MOS管關斷過程功耗最大的區域。(c)關斷過程，柵極電壓Vgs-t曲線

(d)關斷過程，漏源電壓Vds與漏極電流Id的變化ⅠⅡⅢⅣIdVdstⅠⅡⅢⅣtVgsVth第10頁/共21頁通過以上對MOS管轉換過程的分析，得出對MOS管柵極驅動電路的要求：（1）柵極驅動電路的延遲時間要小，有助于減少柵壓Vgs的上升時間。（2）柵極驅動電路的輸出峰值電流要大，大的峰值電流可以大大縮短密勒電容的充放電時間，從而縮短平臺的持續時間。（3）柵極驅動電壓的變化率dv/dt要大，以便縮短柵壓Vgs的上升或下降時間。滿足上述要求的柵極驅動電路，能夠加快MOS管的轉換過程，減少電壓Vds與電流Id的重疊區域，有助于減少MOS管的開關損耗。也就是說，柵極驅動電路是影響MOS開關損耗的外界因素，而性能優良的MOS是獲得低開關損耗和導通損耗的內在因素。第11頁/共21頁理想的柵極驅動器是高速開關和高峰值電流兩者的結合，而高性能的MOS管，能夠減少對柵極驅動器的要求，簡化柵極驅動電路的設計，優良的柵極驅動電路與高性能的MOS管相結合，才能制作出高性能的PDP驅動電路。目前，柵極驅動電路有現成的專用IC（柵極驅動器），如IR產的IR2110S、IXYS產的IX6R11S3等。第12頁/共21頁

IR2110是一種高耐壓、高速率的雙通道MOS管柵極驅動器，對MOS管驅動時外圍電路十分簡單，其典型應用電路如圖所示。Us第13頁/共21頁

IR2110S的峰值輸出電流為2安，對于需要更大峰值輸出電流的場合，可以在IR2110S與MOS管之間加一級功率驅動，功率驅動使用1只或2只中功率雙極晶體管作電流放大。另外，也可采用IX6R11S3，它也是一種高耐壓、高速率的雙通道MOS管柵極驅動器，其峰值輸出電流達6安，是IR2110S的3倍，當然其價格也比IR2110S高得多。第14頁/共21頁

IR2110S和IX6R11S3都有一個限制，就是浮動通道的地VS相對于VB不能為負高壓，而在PDP驅動電路中存在負高壓的場合，這時，需要對IR2110S進行隔離。與負高壓連接的MOS管，其柵極驅動電路可采用光耦進行設計。光耦的輸出峰值電流一般較小(0.4A)，需加入一級功率驅動。隨著PDP尺寸的增加，PDP驅動電路的輸出功率也增加，對MOS管的漏極電流Id的要求超過100A，要達到這樣的輸出能力，需要多只MOS管并聯使用，以提高PDP驅動電路的驅動電流和驅動功率。由于MOS管是電壓控制型器件，多只MOS管并聯使用時，其柵極驅動電路幾乎不用改變。第15頁/共21頁介紹兩種基本的PDP驅動電路基本的方波產生電路。Vs0VVo過渡期S1VsS2M2M1VoR1R2D2D1S1S2第16頁/共21頁基本的斜波產生電路。D3R2R3VsM3D5D1D2M4C1R4D6VoVo0VVst1t2t3S3t0t4S3S4S4R1D4過渡期第17頁/共21頁最后，對MOS管及柵極驅動器在PDP驅動電路中的應用作一些總結：（1）在Vdss、Id、Pd等參數滿足要求的前提下，Rds(on)、trr、Ciss、Qg等參數對減少MOS管的導通損耗和開關損耗至關重要。（2）柵極驅動器起著電平轉換和隔離作用，柵極驅動電路至少能提供2A以上的峰值輸出電流，還要有高速的電壓變化率（dv/dt）。第18頁/共21頁康佳在PDP驅動電路設計中，大部分MOS管為IXYS生產的功率MOS管，關鍵的MOS管選用PloarHT技術生產的MOS管，它是IXYS公司最新推出的場效應管,IXYS以其專利的晶胞設計和獨特的工藝,革命性的提高了場效應管的處理能力,