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標題: （轉貼）MOS 驅動 IC 原理簡述及設計注意點 [打印本頁]

作者: py924 時間: 2011-4-11 01:44 PM
標題: （轉貼）MOS 驅動 IC 原理簡述及設計注意點
本帖最後由 py924 於 2011-4-11 01:47 PM 編輯

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什麼是MOSFETs驅動器（MOSFET Driver）？

1、  為了使MOSFET能夠完全導通，需要在其柵-源極（Vgs）之間施加一定的電壓，在電機控制中，常用12~15V。這個電壓和很多MCU或控制器的輸出電平不兼容。

2、  當驅動橋的上半橋為N溝道MOSFET時，需要附加電路以保證MOSFET的柵-源極（Ugs）之間的電壓達到使MOSFET完全導通的電平。

3、  由於MOSFET的結電容（可見MOSFET管的數據手冊的相關數據：C、Q等）比較大，為了保護MOSFET的開關速度，施加在柵-源極的電壓需要較大的瞬時驅動能力，以減少結電容的充放電時間，保護開關速度。

4、  為了保護驅動橋等，MOSFET的控制信號常需要一定邏輯作硬件保護等，如死區、過流、欠壓等保護。

5、  .。。。。。。

綜合以上幾個因素，應用分立元件搭建電路則需要多個器件完成。而MOSFET驅動器則集成了以上功能，只需外接幾個器件即可。

為什麼要使用MOSFET的驅動電路推動MOSFET？

   第一，MOSFET具備一定的驅動能力，因為由於工藝原因，MOSFET的GS間存在是寄生電容。對電容充電（開啟MOSFET）和放電（關閉MOSFET）的瞬間需要相當的電流，驅動力不足會降低MOSFET的開關速度，從而增加MOSFET的開關損耗。

   第二，用於驅動橋的上半橋(high side) 的MOSFET。工程應用中，多採用NMOS作為橋的高端器件，因為相對PMOS，N溝的MOSFET的導通電阻會更少，且就目前工藝，比PMOS容易生產，換言之，價格便宜。

MOFSET開關條件

   對於MOSFET，導通的條件是柵-源極之間的電壓(Ugs)大於某個閥值，這個閥值不同的管其值不盡相同。下圖所示是一個NMOS的半橋，對於低端的管子Q2，由於其源極接地，所以當要求Q2導通時，只要在Q2的柵極加個一定的電壓即可；但是，對於高端的管子Q1，由於其源極的電壓Us是浮動的，則不好在其柵極上施加電壓以使Q1的Ugs滿足導通條件。試想，理想下，Q2的導通電阻為0，即導通時，Q2的Uds為0，則Us=Ud，則要求Q2的柵極電壓Ug大於Ud。簡單地說，要求升壓。

http://space.ednchina.com/upload/2009/12/4/1b25b9bc-cb01-491d-beb9-0446639f34d6.jpg

高端管的驅動方法有幾個，如用隔離變壓器等。自舉型驅動IC具有簡單、實用的特點，目前被廣泛地使用，。下面簡要地描述自舉的工作過程，目的是理清自舉的工作原理，更合理地設計電路、佈局布線和器件選型。
電路簡圖

首先，如下圖，是一款MOSFET驅動IC的電路圖，值得注意：出於便於分析的初衷，對電路進行了簡化。

http://space.ednchina.com/upload/2009/12/4/5b48fef8-ab19-4bdd-b7a8-cc27def76643.jpg

如上圖，這電路並不陌生，二極管D1和電容C1分別被稱為自舉二極管和自舉電容，有些IC把自舉二極管集成到IC內部。

把上圖的驅動作簡化，只留下它的輸出級，得到下圖：註：此圖為示意圖，只用於功能的描述。

http://space.ednchina.com/upload/2009/12/4/94b65955-d961-4810-974b-0b5410e43c7b.jpg

上圖的黃色框內可以看作開關，這樣更利於下面的分析和理解。

充電過程

可以理解，半橋的兩個禁止同時導通，否則會炸管。下圖是半橋的低端管導通的示意圖：

http://space.ednchina.com/upload/2009/12/4/3e386b12-7262-4e29-b19d-00ab97fd5605.jpg

如上圖所示，半橋的高端管關閉，而低端管開啟，這時泵二極管和泵電容組成充電回路。由上圖，易得，+15V電源經過泵二極管、泵電容、再經過半橋的低端管、再到地(電源負極)，它們組成回路，對泵電容進行充電，使電容兩邊的電壓為15V，即Uc=15V。

放電過程

這時，再分析半橋低端管關閉的情況，如下圖所示：

http://space.ednchina.com/upload/2009/12/4/9013de9b-f198-4073-9b9f-e8e460fa64f4.jpg

由於半橋低端管關閉，所以上文所述的回路被截斷，泵二極管處於反向截止。由於高端開啟，所以Ug=Uc+Us。

易得：Ugs = Ug – Us = Uc。

由於在充電過程中，電容已被充電，所以Uc的電壓大概為15V。

即Ugs = 15V。這個電壓可以開啟MOSFET。

至此，已完成一個PWM週期內，自舉電路的工作過程，可以理解為泵電容的充放電機過程。

小結

由其工作過程：可以得到一些設計的注意事項，下面列出其中的幾點：

1．由於高端MOSFET的開啟需要自舉電容，所以為了保證高端管的正常開關，在PWM週期內需要預留一段時間給自舉電容充電。故對於自舉升壓驅動的驅動電路，PWM佔空比不能100%；

2．自舉電容

自舉電容取值一般0.1uF~1uF（方波驅動的無刷電機需要大些），以無感或低感的電容為好。一般地，電感（PCB走線等）和電容的並存可能產生振盪，這是MOSFET柵極上產生振鈴的其中一個原因。電容容量選擇，一般地，都要保證高端管能夠至少開啟幾個PWM週期。對於無刷直流電機的方波驅動方式，通常要求能夠保持電機的一個換相週期以上，所以不能太少。同樣地，也不宜太大。

3．自舉二極管

自舉二極管用於自舉二極管的充電，當高端管開啟時，它承受著MOSFET漏極相等的電壓，所以二極管反向承受電壓要大於電機供電電壓，由於快恢復二極管的反向耐壓和反向恢覆電間兩者的性能都較好，所以一般選用快恢復二極管作為高壓驅動橋電路的泵二極管。

4．佈局布線

佈局上自舉電容的充放電回路要短，減少走線的寄生電感，使自舉電容的充放電過程安靜。

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