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MOSFET管栅极(ji)驱动电路(lu)

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(xu)能(neng)从栅极抽(chou)(chou)取(qu)电流 ，即成为  “ 汇(hui)”。大部分早(zao)期的(de) PWM 芯片(pian) （ SG1524 系(xi)列(lie)） 的(de)驱动电路，不(bu)能(neng)同(tong)时抽(chou)(chou)取(qu)和输出电流。即不(bu) 能(neng)同(tong)时成为漏极导通和关(guan)断(duan)的(de) “ 源” 和 “ 汇(hui)”。图(tu) 9.6  ( a ） 中的(de)电路说明了(le)这一点。

SG1524 型 PWM 芯(xin)片(pian)输出(chu)级由(you)发(fa)射(she)(she)极和集电(dian)(dian)(dian)极都悬空的(de)(de)晶(jing)体(ti)管构(gou)成 。当(dang)输出(chu)级的(de)(de)晶(jing)体(ti)管 导(dao)通 ，它能从集电(dian)(dian)(dian)极抽取(qu)或从发(fa)射(she)(she)极输出(chu) 200mA 的(de)(de)电(dian)(dian)(dian)流。当(dang)利用晶(jing)体(ti)管的(de)(de)发(fa)射(she)(she)极驱动(dong) MOSFET 管的(de)(de)栅(zha)(zha)极时 ，发(fa)射(she)(she)极电(dian)(dian)(dian)阻(zu)能从栅(zha)(zha)极抽取(qu)电(dian)(dian)(dian)流 ，降低(di)栅(zha)(zha)极电(dian)(dian)(dian)压(ya)来(lai)关断 MOSFET 管。 通常当(dang)片(pian)内(nei)输出(chu)晶(jing)体(ti)管导(dao)通时 ，功率晶(jing)体(ti)管也要立即导(dao)通 。图(tu)9.6( b ）给出(chu)了一个 N 型MOSFET 管的(de)(de)驱动(dong)电(dian)(dian)(dian)路 ，它的(de)(de)栅(zha)(zha)极由(you) SG1524 型 PWM 芯(xin)片(pian)的(de)(de)发(fa)射(she)(she)极驱动(dong) 。图(tu) 9.6 C b ） 中的(de)(de)驱动(dong)电(dian)(dian)(dian)路能提供 200mA 的(de)(de)电(dian)(dian)(dian)流给栅(zha)(zha)极，快速地导(dao)通 MOSFET 管。所(suo)以， 如 9.2.2 节所(suo)述(shu) ，50ns  内(nei)需(xu)要 0.924A 的(de)(de)电(dian)(dian)(dian)流去(qu)驱动(dong) MTM7N45 管栅(zha)(zha)极电(dian)(dian)(dian)压(ya)使(shi)之上(shang)升到(dao) IOV 。

可以推导 ，SG1524   型 PWM  芯片输(shu)出(chu) 200mA   电(dian)流时，栅(zha)极电(dian)压从 ov 上(shang)升到(dao) IOV  只需

( 0.924/0.2 ） ×50=231ns 。又如 9.2.3 节所述(shu) ，漏(lou)极(ji)电(dian)流(liu)上(shang)升(sheng)时间(jian)对应于栅极(ji)电(dian)压从 2.5V 上(shang)升(sheng) 到(dao) sv 所用的上(shang)升(sheng)时间(jian) ，漏(lou)极(ji)电(dian)流(liu)上(shang)升(sheng)时间(jian)就 只有 （ 2.5+10 ） ×231=58肘。初始的 2.5V 栅极(ji)电(dian) 压上(shang)升(sheng)到(dao)阔值电(dian)压只产生了(le) 58ns 的延迟。这虽然降低了(le)最大开关(guan)(guan)频率 ，但它(ta)不会(hui)引(yin)起(qi)任何开 关(guan)(guan)损耗(hao)。

栅极电(dian)压(ya)从 ov 到 IOV  的(de)上升时间(jian) C 231ns ） 己经(jing)足够短了(le)，但在图9.6 C b ） 所(suo)示电(dian)路中 ， 因为没有恒定电(dian)流给电(dian)容放电(dian) ，所(suo)以栅极电(dian)压(ya)下降时间(jian)只取决于发射(she)极电(dian)阻(zu) Re 和栅极输入电(dian)压(ya)。

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(qu)动芯(xin)片(pian)内输(shu)(shu)(shu)出(chu)晶(jing)(jing)体管(guan)(guan)的(de)基极为低电(dian)(dian)平(ping)时 ，输(shu)(shu)(shu)出(chu)晶(jing)(jing)体管(guan)(guan)发射极的(de)电(dian)(dian)压由 于 MOSFET 管(guan)(guan)的(de)大输(shu)(shu)(shu)入电(dian)(dian)容(rong)(rong)而依然维持为高电(dian)(dian)平(ping) 。输(shu)(shu)(shu)出(chu)晶(jing)(jing)体管(guan)(guan)关断后(hou)，只(zhi)剩下输(shu)(shu)(shu)出(chu)发射极电(dian)(dian) 阻给 MOSFET 管(guan)(guan)输(shu)(shu)(shu)入电(dian)(dian)容(rong)(rong)提供放电(dian)(dian) 回路。对应(ying)的(de)电(dian)(dian)容(rong)(rong)值 （ 9.2.2 节） 为输(shu)(shu)(shu)入电(dian)(dian)容(rong)(rong)加上米勒(le)电(dian)(dian) 容(rong)(rong)，即 1800+(180+ 10）×150=4500pF。

这样 ，对(dui)于标称值为(wei) 2000.的发射极(ji)(ji)电(dian)(dian)阻，MOSFET 管栅(zha)极(ji)(ji)电(dian)(dian)压(ya)下(xia)降(jiang)时间(jian)为(wei) 3RI C=3× 200×4500=2.70阳。如果开关频率达到 IOOkHz 以上，则(ze) 2.70阳的栅(zha)极(ji)(ji)电(dian)(dian)压(ya)下(xia)降(jiang)时间(jian)显然太长 了。这是(shi)由于存(cun)在(zai) MOSFET 管栅(zha)极(ji)(ji)输入电(dian)(dian)容的缘(yuan)故 ，因(yin)此就需要用独(du)立的晶体(ti)管来驱(qu)动(dong) MOSFET 管，它可以输出(chu)或吸收 200 400mA 的电(dian)(dian)流。

就(jiu) SG1524 型 PWM 芯片(pian)(pian)来说 ，它(ta)拥(yong)有(you)输(shu)(shu)出或吸收电(dian)(dian)流的(de)能力 ，但(dan)是不能同时(shi)应用(yong) 。大多数情况下(xia)(xia) ，简单而实用(yong)的(de) MOSFET 管(guan)(guan)的(de)栅极(ji)驱(qu)动(dong)(dong)电(dian)(dian)路(lu)就(jiu)是使(shi)用(yong) NPN-PNP 图腾(teng)柱式射极(ji)跟(gen)随(sui)器。如图 8.17 所示(shi)(shi) ，晶体(ti)管(guan)(guan) Q2 和 Q3 分别是 2N2222A 和 2N2907A ，采用(yong) T0-18 封装(zhuang)，价 格不超过十美分 。它(ta)们可以(yi)输(shu)(shu)出或抽取 800mA 的(de)电(dian)(dian)流，上(shang)升时(shi)间约为 60ns 。图腾(teng)柱上(shang)方的(de) 晶体(ti)管(guan)(guan)可以(yi)用(yong) PWM 芯片(pian)(pian)输(shu)(shu)出级的(de)晶体(ti)管(guan)(guan)代替(ti) ，如图9.6( c ）所示(shi)(shi) 。虽然它(ta)的(de)驱(qu)动(dong)(dong)能力 OOmA ) 比(bi) 2N2222A 管(guan)(guan)小，但(dan)一般(ban)情况下(xia)(xia)己经足够了 。

第(di)二(er)代 PWM 芯片，如 Unitrode 公司生产的(de) UC1525A［坷 ，具(ju)有内置图腾柱(zhu)结构(gou) ，它由 NPN 型反(fan)相(xiang)(xiang)器(qi)(qi)叠加 NPN 型射极(ji)跟随器(qi)(qi)组成 。如图 9.7 ( a ） 所示(shi)，射极(ji)跟随器(qi)(qi)和(he)反(fan)相(xiang)(xiang)器(qi)(qi)由相(xiang)(xiang) 位相(xiang)(xiang)差(cha) 180。的(de)信(xin)号驱动(dong)，交错导通(tong)。通(tong)过使用具(ju)有两(liang)个互相(xiang)(xiang)隔离的(de)次级(ji)的(de)变(bian)压(ya)器(qi)(qi)（ 图 9.7( b) ) 驱动(dong)具(ju)有不(bu)同直流电(dian)压(ya)水平(ping)的(de)半桥(qiao)(qiao)或全(quan)桥(qiao)(qiao)电(dian)路(lu)的(de)上 F两(liang)只晶(jing)体管。类似地 ，推挽(wan)电(dian)路(lu)也可以 驱动(dong)具(ju)有相(xiang)(xiang)同直流电(dian)压(ya)的(de)  MOSFET   管。

在(zai)图(tu) 9.7 C b ） 中，变压(ya)器初(chu)级(ji)连(lian)接到 PWM 芯片(pian)的 11 脚(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)和 14 脚(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)。在(zai)半周(zhou)期的导通时间 内(nei)，11 脚(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)相对于 14 脚(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)为正 ，并输(shu)出 200mA 电(dian)(dian)(dian)流。11 脚(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)电(dian)(dian)(dian)位对地(di)约(yue)为 ＋（Vh 2)V, 14 脚(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)电(dian)(dian)(dian)位 对地(di)约(yue)为＋2V 。在(zai)半周(zhou)期的死区(qu)时间内(nei) ，11 脚(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)和 14 脚(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)都对地(di)短路(lu) 。在(zai)下半周(zhou)期 ，11 脚(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)和 14 脚(jiao)(jiao)(jiao)(jiao)的极(ji)性颠倒(dao) 。若(ruo)初(chu)级(ji)电(dian)(dian)(dian)压(ya)为士 lOV ，则供电(dian)(dian)(dian)电(dian)(dian)(dian)压(ya) vh 应约(yue)为 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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