一種功率MOSFET驅動電路

蔣吉強

提出了一種功率MOSFET驅動電路。首先介紹了MOSFET的驅動要求及驅動不足產生的影響，然后介紹了一種外置式轉換驅動電壓的驅動電路，最后通過仿真驗證了外置式轉換驅動電壓的驅動電路。

【關鍵詞】驅動電壓 轉換電路 損耗 驅動不足

1 引言

功率MOSFET的驅動電路是影響整個電路系統可靠性和穩定性的重要因數，在半導體技術高速發展的今天，MOSFET的規格越來越多，不同規格MOSFET的G極驅動要求也有差異。

1.1 MOSFET的G極驅動電壓

MOSFET的G極驅動要求中，有一項技術參數Vgs(th)，閾值電壓通常低壓MOSFET的Vgs(th)在4V以內，高壓MOSFET的Vgs(th)則通常在3-5V之間，驅動電路必需滿足Vgs(th)的要求，電路才能可靠穩定的工作。

1.2 MOSFET驅動電壓不足的影響

隨著集成電路的高速發展，由早期的分立器件演變到模擬集成電路，模擬集成電路的驅動電壓通常可以做到10V以上，能滿足MOSFET的驅動要求的。隨著電路芯片集成度越來越高，各種保護檢測都集成到芯片內部，芯片廠商普遍采用MCU單片機的方案來實現，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，加上內部的導通壓降及外圍驅動電路的損耗，到Vgs的電壓可能只有4V左右，如果使用簡單的驅動電路，一些MOSFET就會出現驅動不足的現象,由于驅動電壓低，MOSFET沒有飽和導通，處于放大態，DS電壓高，電流大，此時MOSFET的損耗很大，會過熱損壞，最終導致電路失效。

2 研究內容

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

2.1 驅動電壓提高轉換電路

利用我們下面介紹的驅動電壓提高轉換電路（圖1），驅動電壓由芯片驅動輸出電壓轉換成外置電壓，其中外置電壓可根據MOSFET的Vgs要求來設定，根據MOSFET的其他參數設定R7、，C2、R9、C1的參數，調整MOSFET驅動上升和下降的斜率，滿足MOSFET的驅動要求，增強了電路的可靠性。

2.2 工作原理

圖1中V1為MCU驅動輸出，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的規格來設定外置電壓源電壓；Q5為小電流NMOSFET，驅動電壓要求小于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V1為高電平時（大于2.5V），Q5導通，通過R7、C2，Q3飽和導通，通過D1，R9、C1，Q1截止，V2電壓加到Q2的Vgs端，Q2的驅動電壓由V1轉換為V2，Q2飽和導通；當V1輸出低電平時（小于1V），Q5的Vg沒有達到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換為較高電壓（電壓V2大于電壓V1）。

2.3 仿真驗證

可以用仿真軟件來驗證下上面所介紹的轉換電路，仿真驅動電壓由5V轉換到12V的電路（圖2），V1輸出驅動電壓5V，V2輸出電壓12V，仿真器件參數如圖2所示。

再看下仿真的驅動波形（圖3），此電路很好的實現了驅動電壓提高的轉換，驅動電壓由5V提高到12V, 驅動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），從圖中可知在驅動電壓為高時，MOSFET飽和導通，DS電壓為零，沒有出現驅動不足的現象。

3 結論

通過簡單而且成本低廉的方式實現電平的轉換，增加電路的可靠性和穩定性，對目前主流的MCU控制方案的廣泛應用起到一定的促進作用。

參考文獻

[1]張占松,蔡宣三.開關電源的原理與設計[M].北京：電子工業出版社,1998.

[2]梁竹關，趙東風. MOS管集成電路設計[M].北京：科學出版社,2011.

[3]包偉,蔡宣三.用PSPICE仿真研究PWM開關電源,電工電能新技術[J].電工電能新技術,1995(2):25-29.

作者單位

廣東長虹電子有限公司 廣東省中山市 528400