mos管驱动电路设计.docx
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1、对于开关电源来说,驱动电路作为控制电路和功率电路的接口,其作用至关重要,本文就将详细探讨开关电源的驱动电路的参数设计以及驱动芯片的选型。常用的mos管驱动电路结构如图1所示,驱动信号经过图腾柱放大后,经过一个驱动电阻Rg给mos管驱动。其中Lk是驱动回路的感抗,一般包含mos管引脚的感抗,PCB走线的感抗等。在现在很多的应用中,用于放大驱动信号的图腾柱本身也是封装在专门的驱动芯片中。本文要回答的问题就是对于一个确定的功率管,如何合理地设计其对应的驱动电路(如驱动电阻阻值的计算,驱动芯片的选型等等)。图,:常用的mos管驱动电路注1:图中的RPd为mos管栅源极的下拉电阻,其作用是为了给mos管
2、栅极积累的电荷提供泄放回路,一般取值在10k几十k这一数量级。由于该电阻阻值较大,对于mos管的开关瞬态工作情况基本没有影响,因此在后文分析mos的开关瞬态时,均忽略Rpd的影响。注2:Cgd,Cgs,CdS为mos管的三个寄生电容,在考虑mos管开关瞬态时,这三个电容的影响至关重要。1、驱动电阻的计算1.1、 驱动电阻的下限值驱动电阻下限值的计算原则为:驱动电阻必须在驱动回路中提供足够的阻尼,来阻尼mos开通瞬间驱动电流的震荡。图2mos开通时的驱动电流当mos开通瞬间,VCC通过驱动电阻给CgS充电,如图2所示(忽略RPd的影响)。根据图2,可以写出回路在S域内对应的方程:根据式(1)可以
3、求解出ig,并将其化为典型二阶系统的形式:Lk斓+ S普+Lk(2)根据式(2),可以求解出该二阶系统的阻尼比为:为了保证驱动电流ig不发生震荡,该系统的阻尼比必须大于1,则根据(3)可以求解得至U:式(4)给出了驱动电阻Rg的下限值,式(4)中CgS为mos管gs的寄生电容,其值可以在mos管对应的datasheet中查到。而1.k是驱动回路的感抗,一般包含mos管引脚的感抗,PCB走线的感抗,驱动芯片引脚的感抗等,其精确的数值往往难以确定,但数量级一般在几十nH左右。因此在实际设计时,一般先根据式(4)计算出Rg下限值的一个大概范围,然后再通过实际实验,以驱动电流不发生震荡作为临界条件,得
4、出Rg下限值。1.2、 驱动电阻的上限值驱动电阻上限值的计算原则为:防止mos管关断时产生很大的dV/dt使得mos管再次误开通。当mos管关断时,其DS之间的电压从0上升到Vds(Off),因此有很大的dV/dt,根据公式:CdV/dt,该dV/dt会在Cgd上产生较大的电流igd,如图3所示。IUL图3 : mos关断时的对应电流该电流igd会流过驱动电阻Rg,在mos管GS之间又引入一个电压,当该电压高于mos管的门槛电压Vth时,mos管会误开通,为了防止mos管误开通,应当满足:dvCgdFRqhat由上式解得:Rg Vth式(6)给出了驱动电阻Rg的上限值,式(6)中Cgd为mos
5、管gd的寄生电容,Vth为mos管的门槛电压,均可以在对应的datasheet中查到,dV/dt则可以根据电路实际工作时mos的DS电压和mos管关断时DS电压上升时间(该时间一般在datasheet中也能查至U)求得。从上面的分析可以看到,在mos管关断时,为了防止误开通,应当尽量减小关断时驱动回路的阻抗。基于这一思想,下面再给出两种很常用的改进型电路,可以有效地避免关断时mos的误开通问题。图4给出的改进电路1是在驱动电阻上反并联了一个二极管,当mos关断时,关断电流就会流经二极管Doff,这样mos管gs的电压就为二极管的导通压降,一般为0.7V,远小于mos的门槛电压(一般为2.5V以
6、上),有效地避免了mos的误开通。V图5:改进电路2图5给出的改进电路2是在驱动电路上加入了一个开通二极管Don和关断三级管Qoff。当mos关断时,QOff打开,关断电流就会流经该三极管Qoff,这样mos管gs的电压就被钳位至地电平附近,从而有效地避免了mos的误开通。1.3、 驱动电阻阻值的选择根据1.1节和1.2节的分析,就可以求得mos管驱动电阻的上限值和下限值,一般来说,mos管驱动电阻的取值范围在51OO欧姆之间,那么在这个范围内如何进一步优化阻值的选取呢?这就要从损耗方面来考虑,当驱动电阻阻值越大时,mos管开通关断时间越长(如图6所示),在开关时刻电压电流交叠时间就越大,造成
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