蔣吉強(qiáng)

提出了一種功率MOSFET驅(qū)動(dòng)電路。首先介紹了MOSFET的驅(qū)動(dòng)要求及驅(qū)動(dòng)不足產(chǎn)生的影響，然后介紹了一種外置式轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)電壓的驅(qū)動(dòng)電路，最后通過仿真驗(yàn)證了外置式轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)電壓的驅(qū)動(dòng)電路。

【關(guān)鍵詞】驅(qū)動(dòng)電壓 轉(zhuǎn)換電路 損耗 驅(qū)動(dòng)不足

1 引言

功率MOSFET的驅(qū)動(dòng)電路是影響整個(gè)電路系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性的重要因數(shù)，在半導(dǎo)體技術(shù)高速發(fā)展的今天，MOSFET的規(guī)格越來越多，不同規(guī)格MOSFET的G極驅(qū)動(dòng)要求也有差異。

1.1 MOSFET的G極驅(qū)動(dòng)電壓

MOSFET的G極驅(qū)動(dòng)要求中，有一項(xiàng)技術(shù)參數(shù)Vgs(th)，閾值電壓通常低壓MOSFET的Vgs(th)在4V以內(nèi)，高壓MOSFET的Vgs(th)則通常在3-5V之間，驅(qū)動(dòng)電路必需滿足Vgs(th)的要求，電路才能可靠穩(wěn)定的工作。

1.2 MOSFET驅(qū)動(dòng)電壓不足的影響

隨著集成電路的高速發(fā)展，由早期的分立器件演變到模擬集成電路，模擬集成電路的驅(qū)動(dòng)電壓通?？梢宰龅?0V以上，能滿足MOSFET的驅(qū)動(dòng)要求的。隨著電路芯片集成度越來越高，各種保護(hù)檢測(cè)都集成到芯片內(nèi)部，芯片廠商普遍采用MCU單片機(jī)的方案來實(shí)現(xiàn)，電源電路芯片也都趨向于使用此方案，然而MCU通常的VCC供電電壓為5V以內(nèi)，加上內(nèi)部的導(dǎo)通壓降及外圍驅(qū)動(dòng)電路的損耗，到Vgs的電壓可能只有4V左右，如果使用簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)電路，一些MOSFET就會(huì)出現(xiàn)驅(qū)動(dòng)不足的現(xiàn)象,由于驅(qū)動(dòng)電壓低，MOSFET沒有飽和導(dǎo)通，處于放大態(tài)，DS電壓高，電流大，此時(shí)MOSFET的損耗很大，會(huì)過熱損壞，最終導(dǎo)致電路失效。

2 研究?jī)?nèi)容

基于以上分析，需要尋求一種外置式的轉(zhuǎn)換電路，將MCU輸出的驅(qū)動(dòng)電壓由4-5V提高到滿足MOSFET Vgs要求。

2.1 驅(qū)動(dòng)電壓提高轉(zhuǎn)換電路

利用我們下面介紹的驅(qū)動(dòng)電壓提高轉(zhuǎn)換電路（圖1），驅(qū)動(dòng)電壓由芯片驅(qū)動(dòng)輸出電壓轉(zhuǎn)換成外置電壓，其中外置電壓可根據(jù)MOSFET的Vgs要求來設(shè)定，根據(jù)MOSFET的其他參數(shù)設(shè)定R7、，C2、R9、C1的參數(shù)，調(diào)整MOSFET驅(qū)動(dòng)上升和下降的斜率，滿足MOSFET的驅(qū)動(dòng)要求，增強(qiáng)了電路的可靠性。

2.2 工作原理

圖1中V1為MCU驅(qū)動(dòng)輸出，一般為高低電平方波，高電平大于2.5V，低電平小于1V；V2為外置電壓源，可肯定使用的MOSFET的規(guī)格來設(shè)定外置電壓源電壓；Q5為小電流NMOSFET，驅(qū)動(dòng)電壓要求小于2.5V；Q3為PNP三極管；Q1為NPN三極管，Q2為要確定的大電流高壓功率MOSFET。當(dāng)V1為高電平時(shí)（大于2.5V），Q5導(dǎo)通，通過R7、C2，Q3飽和導(dǎo)通，通過D1，R9、C1，Q1截止，V2電壓加到Q2的Vgs端，Q2的驅(qū)動(dòng)電壓由V1轉(zhuǎn)換為V2，Q2飽和導(dǎo)通；當(dāng)V1輸出低電平時(shí)（小于1V），Q5的Vg沒有達(dá)到Q5的開通電壓，Q5截止，Q3B極為高電平（V2電壓）Q3截止，Q1通過R3、R9、C1，Q1飽和導(dǎo)通，Q2的Vgs被拉到零電位，Q2截止。從原理上分析圖5電路可以滿足低電壓轉(zhuǎn)換為較高電壓（電壓V2大于電壓V1）。

2.3 仿真驗(yàn)證

可以用仿真軟件來驗(yàn)證下上面所介紹的轉(zhuǎn)換電路，仿真驅(qū)動(dòng)電壓由5V轉(zhuǎn)換到12V的電路（圖2），V1輸出驅(qū)動(dòng)電壓5V，V2輸出電壓12V，仿真器件參數(shù)如圖2所示。

再看下仿真的驅(qū)動(dòng)波形（圖3），此電路很好的實(shí)現(xiàn)了驅(qū)動(dòng)電壓提高的轉(zhuǎn)換，驅(qū)動(dòng)電壓由5V提高到12V, 驅(qū)動(dòng)上升與下降的斜率在可接受的范圍。

再來看下MOSFET的DS電壓和電流的仿真波形（圖4），從圖中可知在驅(qū)動(dòng)電壓為高時(shí)，MOSFET飽和導(dǎo)通，DS電壓為零，沒有出現(xiàn)驅(qū)動(dòng)不足的現(xiàn)象。

3 結(jié)論

通過簡(jiǎn)單而且成本低廉的方式實(shí)現(xiàn)電平的轉(zhuǎn)換，增加電路的可靠性和穩(wěn)定性，對(duì)目前主流的MCU控制方案的廣泛應(yīng)用起到一定的促進(jìn)作用。

參考文獻(xiàn)

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作者單位

廣東長(zhǎng)虹電子有限公司 廣東省中山市 528400