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MOSFET管栅极驱(qu)动电(dian)路

如上所述 ，栅极驱动电路必须能输出电流 ，即成为 “ 源”。同时，为了提供栅极反向电压，MOS驱动电路必须能从栅(zha)极抽(chou)取电流 ，即成(cheng)为  “ 汇”。大部分早期的(de) PWM 芯片(pian) （ SG1524 系列） 的(de)驱(qu)动电路(lu)，不能同时抽(chou)取和输(shu)出(chu)电流。即不 能同时成(cheng)为漏极导通和关断(duan)的(de) “ 源” 和 “ 汇”。图 9.6  ( a ） 中的(de)电路(lu)说明了这一点。

SG1524 型(xing) PWM 芯片(pian)输出(chu)级(ji)由(you)发(fa)射极(ji)(ji)和集(ji)电(dian)(dian)极(ji)(ji)都(dou)悬空的(de)(de)(de)晶体管(guan)(guan)(guan)构(gou)成 。当(dang)输出(chu)级(ji)的(de)(de)(de)晶体管(guan)(guan)(guan) 导(dao)(dao)通(tong)(tong)(tong) ，它能从(cong)集(ji)电(dian)(dian)极(ji)(ji)抽(chou)取(qu)或从(cong)发(fa)射极(ji)(ji)输出(chu) 200mA 的(de)(de)(de)电(dian)(dian)流。当(dang)利(li)用晶体管(guan)(guan)(guan)的(de)(de)(de)发(fa)射极(ji)(ji)驱动 MOSFET 管(guan)(guan)(guan)的(de)(de)(de)栅(zha)极(ji)(ji)时 ，发(fa)射极(ji)(ji)电(dian)(dian)阻能从(cong)栅(zha)极(ji)(ji)抽(chou)取(qu)电(dian)(dian)流 ，降低栅(zha)极(ji)(ji)电(dian)(dian)压(ya)来关断(duan) MOSFET 管(guan)(guan)(guan)。 通(tong)(tong)(tong)常当(dang)片(pian)内(nei)输出(chu)晶体管(guan)(guan)(guan)导(dao)(dao)通(tong)(tong)(tong)时 ，功率晶体管(guan)(guan)(guan)也要立即导(dao)(dao)通(tong)(tong)(tong) 。图9.6( b ）给出(chu)了一个 N 型(xing)MOSFET 管(guan)(guan)(guan)的(de)(de)(de)驱动电(dian)(dian)路 ，它的(de)(de)(de)栅(zha)极(ji)(ji)由(you) SG1524 型(xing) PWM 芯片(pian)的(de)(de)(de)发(fa)射极(ji)(ji)驱动 。图 9.6 C b ） 中的(de)(de)(de)驱动电(dian)(dian)路能提供 200mA 的(de)(de)(de)电(dian)(dian)流给栅(zha)极(ji)(ji)，快(kuai)速地导(dao)(dao)通(tong)(tong)(tong) MOSFET 管(guan)(guan)(guan)。所以， 如 9.2.2 节所述(shu) ，50ns  内(nei)需(xu)要 0.924A 的(de)(de)(de)电(dian)(dian)流去驱动 MTM7N45 管(guan)(guan)(guan)栅(zha)极(ji)(ji)电(dian)(dian)压(ya)使之上升到 IOV 。

可以推导(dao) ，SG1524   型 PWM  芯(xin)片输出 200mA   电流时(shi)，栅极电压从 ov 上升到 IOV  只需

( 0.924/0.2 ） ×50=231ns 。又如 9.2.3 节所述 ，漏极(ji)电(dian)流(liu)上升(sheng)时(shi)(shi)间对应于栅极(ji)电(dian)压(ya)从 2.5V 上升(sheng) 到 sv 所用的(de)上升(sheng)时(shi)(shi)间 ，漏极(ji)电(dian)流(liu)上升(sheng)时(shi)(shi)间就 只(zhi)有(you) （ 2.5+10 ） ×231=58肘。初始的(de) 2.5V 栅极(ji)电(dian) 压(ya)上升(sheng)到阔值(zhi)电(dian)压(ya)只(zhi)产生了(le) 58ns 的(de)延(yan)迟。这(zhei)虽然降低了(le)最(zui)大开(kai)关频(pin)率(lv) ，但它(ta)不会引起(qi)任何开(kai) 关损耗。

栅极电(dian)压从 ov 到(dao) IOV  的(de)上升(sheng)时(shi)间(jian) C 231ns ） 己经足够(gou)短了，但在图9.6 C b ） 所示(shi)电(dian)路中 ， 因为(wei)没有恒定电(dian)流给电(dian)容放电(dian) ，所以(yi)栅极电(dian)压下降(jiang)时(shi)间(jian)只(zhi)取决于发射极电(dian)阻 Re 和栅极输(shu)入电(dian)压。

图 9.6 C a ) PWM 芯片 SG1524 和它的输出晶体管 （ 11 脚、12 脚、13 脚和 14 脚），输出晶体管能提供或吸收 200mA 的电流：C b ） 驱动高输入电容 MOSFET 管的晶体管发射极驱动电路 。200mA 的驱动电流可以快速的导通 MOSFET 管。关断时，RI 为栅极下拉电阻 ，它在时间3R1Cin 内将栅极电压拉低： C  c） 用作吸收栅极电流的 PNP 射极跟随器和作为 200mA 驱动 “源” 的片内输出晶体管 。此时电 阻 R2  可以很大

在图 9.6 C b ） 中，当MOS管驱动芯(xin)片内输(shu)出(chu)(chu)晶(jing)体(ti)管(guan)的(de)基(ji)极为(wei)低电平(ping)时 ，输(shu)出(chu)(chu)晶(jing)体(ti)管(guan)发射极的(de)电压由 于 MOSFET 管(guan)的(de)大输(shu)入电容而依然维(wei)持(chi)为(wei)高电平(ping) 。输(shu)出(chu)(chu)晶(jing)体(ti)管(guan)关断后，只(zhi)剩(sheng)下输(shu)出(chu)(chu)发射极电 阻(zu)给 MOSFET 管(guan)输(shu)入电容提供放电 回路。对应的(de)电容值 （ 9.2.2 节） 为(wei)输(shu)入电容加上米勒电 容，即 1800+(180+ 10）×150=4500pF。

这样 ，对于标称值为(wei) 2000.的发射(she)极电(dian)(dian)阻，MOSFET 管栅(zha)极电(dian)(dian)压(ya)下降时间(jian)(jian)为(wei) 3RI C=3× 200×4500=2.70阳。如果开关频率达到(dao) IOOkHz 以上，则(ze) 2.70阳的栅(zha)极电(dian)(dian)压(ya)下降时间(jian)(jian)显(xian)然太长 了。这是由于存在 MOSFET 管栅(zha)极输(shu)入(ru)电(dian)(dian)容的缘故 ，因此就(jiu)需要用(yong)独立(li)的晶体管来驱动(dong) MOSFET 管，它可以输(shu)出(chu)或吸收 200 400mA 的电(dian)(dian)流。

就 SG1524 型 PWM 芯片(pian)来说(shuo) ，它(ta)拥有(you)输(shu)出(chu)或(huo)吸收电(dian)流(liu)的(de)能力(li)(li) ，但是不能同时应用(yong) 。大多数情(qing)况下(xia) ，简(jian)单而实用(yong)的(de) MOSFET 管的(de)栅(zha)极驱动电(dian)路(lu)就是使用(yong) NPN-PNP 图(tu)(tu)腾(teng)柱(zhu)式射(she)极跟随器。如图(tu)(tu) 8.17 所示 ，晶(jing)体管 Q2 和(he) Q3 分别(bie)是 2N2222A 和(he) 2N2907A ，采用(yong) T0-18 封装，价 格不超(chao)过十美分 。它(ta)们可以输(shu)出(chu)或(huo)抽取 800mA 的(de)电(dian)流(liu)，上(shang)升时间约为 60ns 。图(tu)(tu)腾(teng)柱(zhu)上(shang)方的(de) 晶(jing)体管可以用(yong) PWM 芯片(pian)输(shu)出(chu)级的(de)晶(jing)体管代替(ti) ，如图(tu)(tu)9.6( c ）所示 。虽然(ran)它(ta)的(de)驱动能力(li)(li) OOmA ) 比 2N2222A 管小，但一(yi)般(ban)情(qing)况下(xia)己经足够了 。

第二代 PWM 芯(xin)片(pian)，如(ru) Unitrode 公司生产的(de) UC1525A［坷 ，具(ju)有(you)内(nei)置图腾柱结构 ，它由(you) NPN 型反(fan)相器(qi)叠(die)加(jia) NPN 型射极(ji)跟随器(qi)组成 。如(ru)图 9.7 ( a ） 所示(shi)，射极(ji)跟随器(qi)和反(fan)相器(qi)由(you)相 位相差 180。的(de)信号驱(qu)动(dong)，交错导通(tong)。通(tong)过(guo)使(shi)用具(ju)有(you)两(liang)个互(hu)相隔离的(de)次级(ji)的(de)变压器(qi)（ 图 9.7( b) ) 驱(qu)动(dong)具(ju)有(you)不同直(zhi)流电压水平(ping)的(de)半(ban)桥(qiao)或全桥(qiao)电路的(de)上 F两(liang)只晶体(ti)管。类(lei)似地(di) ，推挽电路也可(ke)以(yi) 驱(qu)动(dong)具(ju)有(you)相同直(zhi)流电压的(de)  MOSFET   管。

在(zai)图(tu) 9.7 C b ） 中，变压器初级连接到 PWM 芯(xin)片的(de) 11 脚(jiao)(jiao)和(he) 14 脚(jiao)(jiao)。在(zai)半(ban)周(zhou)(zhou)期的(de)导(dao)通(tong)时间(jian) 内(nei)，11 脚(jiao)(jiao)相对(dui)于 14 脚(jiao)(jiao)为(wei)(wei)正 ，并输出(chu) 200mA 电(dian)(dian)流。11 脚(jiao)(jiao)电(dian)(dian)位(wei)对(dui)地(di)约为(wei)(wei) ＋（Vh 2)V, 14 脚(jiao)(jiao)电(dian)(dian)位(wei) 对(dui)地(di)约为(wei)(wei)＋2V 。在(zai)半(ban)周(zhou)(zhou)期的(de)死区时间(jian)内(nei) ，11 脚(jiao)(jiao)和(he) 14 脚(jiao)(jiao)都(dou)对(dui)地(di)短(duan)路 。在(zai)下半(ban)周(zhou)(zhou)期 ，11 脚(jiao)(jiao)和(he) 14 脚(jiao)(jiao)的(de)极(ji)性颠(dian)倒(dao) 。若初级电(dian)(dian)压为(wei)(wei)士(shi) lOV ，则供电(dian)(dian)电(dian)(dian)压 vh 应约为(wei)(wei) 14V。

图 9.7 C a ） 具有图腾柱输出 （ 输出 A 和 B ） 的第二代 PWM 芯片 UC1525A 。它可以吸收或供给 MOSFET 管基极大屯流 （ Unitrode 提供）。C b) A 和 B 的图腾柱输出可以驱动大输入电容 MOS管，即可 以直接驱动栅极共地的推挽电路 ，或通过一个变压器驱动栅极不共地的半桥或全桥电路

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