1、MOSFET對驅動(dòng)電路的相關(guān)要求

功率場(chǎng)效應晶體管具有開(kāi)關(guān)速度快，驅動(dòng)功率小，安全工作區寬，輸入阻抗高等優(yōu)點(diǎn)，是一種理想的壓控器件。功率MOSFET具有正的溫度系數，且輸入阻抗極高，但柵源電容Ci 較大，為提高M(jìn)OSFET開(kāi)關(guān)速度，提高柵極驅動(dòng)電壓的上升沿和下降沿的陡度，在設計驅動(dòng)電路時(shí)，必須保證驅動(dòng)電路有較小的輸出阻抗。另外，驅動(dòng)電路是聯(lián)系強電與弱電的紐帶，在電路工作中，強電與弱電完全隔離，故應有隔離強電和弱電的功能。MOSFET的柵源電壓最大只有±20V左右，門(mén)檻電壓Ugs一般為2～6v，當柵源電壓Ugs ≥10V時(shí)MOSFET就進(jìn)入飽和導通狀態(tài)。為了保證可靠觸發(fā)，盡可能采用強驅動(dòng)方式。

根據上述MOSFET對驅動(dòng)電路的要求，下面提出了一種適于MOSFET的自保護驅動(dòng)電路。該電路已在直流斬波器中應用，實(shí)踐證明其性能優(yōu)良。

2、驅動(dòng)電路及工作原理

圖1為高頻載波橋式整流驅動(dòng)電路原理圖。它由高頻脈沖振湯器，晶體管 ，VT1、VT2、VT3、VT4構成互補電路；脈沖變壓器，橋式驅動(dòng)整流電路及CD4528或CD4538單穩態(tài)電路構成的保護環(huán)節組成。

G1門(mén)電路和2MHz的晶振構成振蕩器，經(jīng)D觸發(fā)器CD4013分頻后得到兩路反相脈沖。該脈沖作為G2，G3的輸入信號，當控制端Vi為高電平時(shí)，G2，G3輸出的反相脈沖分別驅動(dòng)由VTl， VT2和VT3，VT4組成的互補電路。任一時(shí)刻，VT1、VT3導通，VT2、VT4截止，或者相反。因此變壓器原邊得到一交變對稱(chēng)的方波信號。為提高M(jìn)OSFET的開(kāi)關(guān)速度，晶體管與電源間不接限流電阻。變壓器原邊的方波電壓幅值即為電源電壓E，該方波電壓經(jīng)變壓器耦合，在其副邊得到與原邊相似的方波。此方波經(jīng)VD1 ～ VD4組成的整流橋電路整流后即可接在vMT的柵極直接驅動(dòng)MOSFET。圖2示出該電路各點(diǎn)的輸出波形。

當控制信號Vi為低電平時(shí)，振蕩器輸出信號被封鎖，門(mén)G2，G3同時(shí)輸出高電平，于是晶體管VT2、VT3處于截止狀態(tài)，變壓器原邊不能形成電流通路，因此副邊輸出電壓為零，MOSFET關(guān)斷。VT5的作用是將MOSFET柵源結電容上貯存的電荷迅速防掉，加速MOSFET的關(guān)斷過(guò)程。
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3、幾個(gè)值得注意的問(wèn)題和自保護的實(shí)現

3.1 CMOS石英晶體振蕩器

 本電路選用了有CMOS集成電路和石英晶振構成的振蕩器。該電路除了結構簡(jiǎn)單、輸出頻率穩定和工作可靠外，考慮在滿(mǎn)足MOSFET對柵極驅動(dòng)電平要求的前提下，可使整個(gè)電路采用單一的+15V電源，因而簡(jiǎn)化了電路。圖1中振蕩器由反相器G1，2MHz晶振及電容Ca，Cb構成。其中Rf的作用是為反相器提供一個(gè)偏置，使反相器在線(xiàn)性放大狀態(tài)。晶振及電容Ca，Cb組成的反饋網(wǎng)絡(luò )，當電路振蕩頻率接近石英晶體的固有諧振頻率時(shí)，電路維持振蕩，此時(shí)調整Ca，Cb可微調振蕩頻率。CD4013為具有復位和置位的雙D觸發(fā)器，主要用于對振蕩器輸出信號的分頻，并且通過(guò)同相和反相輸出端輸出兩路反相的脈沖信號。在振蕩電路中，R廠(chǎng)的取值非常重要，阻值過(guò)大或過(guò)小都將導致電路工作極不穩定，特別是起振困難。一旦電路停振，必然引起后續電路元件直通損壞。通常Rf的取值范圍在100K-100M。

3．2 晶體管互補驅動(dòng)電路的保護

為提高M(jìn)OSFET的開(kāi)關(guān)速度，在變壓器原邊的互補晶體管電路中，晶體管與電源間是不加任何電阻限流的。當振蕩器因故停振時(shí)，若G2輸出高電平，G3輸出低電平，則VT1，VT3同時(shí)導通，使電源對地短路；若G2輸出低電平，G3輸出高電平，則VT2，VT4同時(shí)導通，也將電源對地短路。因此必須采取一定的保護措施。這里采用一個(gè)CD4528或CIM538雙單穩態(tài)集成觸發(fā)電路構成的保護電路。在CIM528或CD4538每個(gè)單穩態(tài)電路中，有兩個(gè)可再觸發(fā)的輸入端x1或X2，其真值表如下表。

上升沿觸發(fā)時(shí)，觸發(fā)信號從A端輸入，B端接高電平；下降沿觸發(fā)時(shí)，則觸發(fā)信號從B端輸入，A端接低電平[D是復位端，低電平有效。其保護原理是，當振蕩器因故停振時(shí)，從A端輸入的觸發(fā)信號為一不變的直流電平，由于這時(shí)B端和復位端CD都為高電平，從而保證了其反相輸出為高電平。該信號同時(shí)加至分頻器CD4013的4和6腳，使分頻器兩個(gè)輸出端也都為高電平，從而可使VT2，VT3 截止，于是就保證了驅動(dòng)晶體管互補電路不會(huì )發(fā)生直通短路現象。

3．3 MOSFET柵源問(wèn)的過(guò)電壓保護

由于MSFET的柵源極間輸入阻抗很高，所以漏源電壓的正向、反向突變會(huì )通過(guò)管子內部的反饋電容Crss的Miller效應耦合到柵極，并產(chǎn)生相當高的正向或反向瞬態(tài)電壓Vgs過(guò)壓脈沖，沖擊浮柵引起管子永久性損壞，正的Vgs還會(huì )導致元件的誤導通。為了防止管子輸入信號過(guò)高，本電路在Vmt的柵源間并聯(lián)一個(gè)穩壓管Vdw 在輸入信號不太高或輸入信號被限幅的應用中，該穩壓管可省去。

4、總結

本文提出了一種高頻載波橋式整流的功率MOSFET隔離驅動(dòng)電路。該電路已經(jīng)在實(shí)際研制的帶再生制動(dòng)的直流斬波調速系統中采用。使用結果表明，該電路不僅具有頻率響應快、線(xiàn)路簡(jiǎn)單可靠，控制靈活等特點(diǎn)，而且還有自保護功能。