MOSFET驱动技术详解

1、MOSFET的驱动技术详解simtriex/simplis仿克电路用软件MOSFET作为功率开关管，已经是是开关电源领域的绝对主力器件。虽然MOSFET作为电压 型驱动器件，其驱动表面上看来是非常简单，但是详细分析起来并不简单。下面我会花一点时 间，一点点来解析MOSFET的驱动技术，以及在不同的应用，应该采用什么样的驱动电路。首先，来做一个实验，把一个MOSFET的G悬空，然后在DS上加电压，那么会出现什么情 况呢？很多工程师都知道，MOS会导通甚至击穿。这是为什么呢？我根本没有加驱动电压，MOS 怎么会导通？用下面的图1,来做个仿真；去探测G极的电压，发现电压波形如图2所示。图1图2这种情

2、况有什么危害呢？实际情况下，MOS肯定有驱动电路的么，要么导通，要么关掉。问题 就出在开机，或者关机的时候，最主要是开机的时候，此时你的驱动电路还没上电。但是输入 上电了，由于驱动电路没有工作，G级的电荷无法被释放，就容易导致MOS导通击穿。那么怎 么解决呢？在GS之间并一个电阻。其仿真的结果如图4。儿乎为0V。图5什么叫驱动能力，很多PWM芯片，或者专门的驱动芯片都会说驱动能力，比如384X的驱 动能力为1A,其含义是什么呢？假如驱动是个理想脉冲源，那么其驱动能力就是无穷大，想提供多大电流就给多大。但实 际中，驱动是有内阻的，假设其内阻为10欧姆，在10V电压下，最多能提供的峰值电流就是 1

3、A,通常也认为其驱动能力为1A。那什么叫驱动电阻呢，通常驱动器和MOS的G极之间，会串一个电阻，就如下图5的R3。驱动电阻的作用，如果你的驱动走线很长，驱 动电阻可以对走线电感和MOS结电容引起的後荡起 阻尼作用。但是通常，现在的PCB走线都很紧凑， 走线电感非常小。第二个，重要作用就是调解驱动器的驱动能 力，调节开关速度。当然只能降低驱动能力，而不 A匕七曰ihr对上图进行仿真，R3分别取1欧姆，和 沿。图7是驱动的下降沿(G极电压)。100欧姆。下图6是M0S的G极的电压波形上升那么驱动的快慢对M0S的开关有什么影响呢？下图8是M0S导通时候DS的电压：图9是 M0S导通时候DS电流波形：

4、图9图8红色的是R3=l欧如绿色的是R3=l()0欧姆。 可见R3越大，MOS的导通速度越慢。红色的是R3=I欧姆，绿色的是R3=1(X)欧姆。 可见R3越大，MOS的导通速度越慢。可以看到，驱动电阻增加可以降低M0S开关的时候得电压电流的变化率。比较慢的开关速 度，对EMI有好处。下图10是对两个不同驱动情况下，M0S的DS电压波形做付利叶分析得 到：hequen:CHQ匚迁tfEUJ11是不同驱动电阻下,图10但是驱动速度慢，乂有什么坏处呢？那就是开关损耗大了，下图导通损耗的功率曲线。红色的是R3=l欧姆，绿色 的是R3=100欧姆。可见. 驱动电阻大的时候，损耗 明显大了。刼4.1刼2札

5、叮D,4.5图11结论：驱动电阻到底选多大？还真难讲，小了，EMI不好，大了，效率不好。 所以只能一个折中的选择了。那如果，开通和关断的速度要分别调节，怎么办？就用以下电路图12、图13。418IRF530图12图13M0SFET的自举驱动：对于NM0S来说，必须是G极的电压高于S极一定电压才能导通。那么对于对S极和控制 IC的地等电位的MOS来说，驱动根本没有问题，如上图。但是对于一些拓扑，比如BUCK （开关管放在上端），双管正激，双管反激，半桥，全桥这 些拓扑的上管，就没办法直接用芯片去驱动，那么可以采用自举驱动电路。Typical Application DiagramC1R2 丄 H

6、-Wv加入输入12V, MOS的导通阀值为3V,那么对于QI来说，当QI导通之后，如果要维持导通状 态，Q1的G级必须保证15V以上的电压，因为S级已经有12V 了。那么输入才12V,怎么得到 15V的电压呢？其实上管Q1驱动的供电在于Cbooto看下图15,芯片的内部结构：TOBGAT6BSOC5YIMESAMPLEANDHOLDLVCOMPARATORPORANDSOFT-STARTIHHBTTPWMwsGATECONTROLLOGICOX)IfUERIIAh REGULATORBIASDGATEBSOC图15Cboot是挂在boot和LX之间的，而LX却是下管的D级，当下管导通的时候，L

7、X接地， 芯片的内部基准通过Db。t （自举二极管）对Cboot充电。当下管关，上管通的时候，LX点的 电压上升，Cboot上的电压自然就被举了起来。这样驱动电压才能高过输入电压。当然芯片内 部的逻辑信号在提供给驱动的时候，还需要Level shift电路，把信号的电平电压也提上去。Buck电路，现在有太多的控制芯片集成了自举驱动，让整个设计变得很简单。但是对 于，双管的，芳式的拓扑，多数芯片没有集成驱动。那样就可以外加自举驱动芯片，48V系统 输入的,可以采用Intersil公司的ISL21XX, HIP21XX系列。如果是AC/DC中，电压比较高 的，可以采用IR的IR21XX系列。下图1

8、6是ISL21XX的内部框图，其核心的东西，就是红圈里的boot二极管，和Level shift 电路：图16ISL21XX驱动桥式电路示意图：驱动双管电路图17：图17驱动有源钳位如图18：图18当然以上都是示意图，没有完整的外围电路，但是外禺其实很简单，参考datasheet即 可。LZ是那个电压对电容充电啊会冲到多少负啊有是怎么冲的能不能解释一下啊？同过CBOOT的的升压？ ？是不是自举升压的道理呢?楼主您好，说道门举电路.我想谙教一般门举电容和二极管应该如何选择？有什么特别要求吗？谢谢!门举电容上要在丁其大小，该电容在充电之后.就要对MOS的结电容充电，如果驱动电路上有其他功耗器件，也

9、是该电 容供电的。所以要求该电容足够大，任提供电荷之后,电容上的电压卞跣最好不要超过原先值的10%,这样才能保证驱 动电压。但是也不用太大，太大的电容会导致二极管在充电的时候，冲击电流过大。对丁二极管，山丁平均电流不会太 大，只要保证是快速二极管。当然，当口举电压比较低的时候，这个二极管的正向压降，尽虽选小的.请问您有没有用过IR2110或IR2111芯片，在高频时，口举电容和二极管应该如何选择？谢谢!电容没什么，啟片电容，几百n就可以了。但是二极管，要超快的，而且耐压要够。电流不用太大,IA足够。楼上，请教您个问题。一般用M0S管驱动电机要注总哪些细节问题啊。其实M0S只是作为开关管，需要注

10、意的是电机是 感性器件.还有电机启动时候的冲击电流。还有堵转时候的的启动电流。（变压器）隔离驱动详细的讲讲隔离驱动吧，在正激拓扑中.我常见到驱动信号连接到一个推挽对管，然后连接一个2R左右的电阻及一个 电容然后连接到变压器的初级端，在变压器的次级端输出驱动信号给M0S,这种驱动方式的优点？变圧器初级串联的电 阻及电容如何设计？ 隔离驱动。肖控制和H0S处丁电气隔离状态厂 门举驱动就无法胜任了，那么就需要隔离驱动了。卜而來讨论隔离驱动 中最常用的，变圧器隔离驱动 很好很实用的东西，对我们这样的只知道要加卜拉电阻不知逍其作用的人来说很好僮，期待旅长更多看似很基础实际很 受用的课程 请问在大功率的系

11、统中如果有几个开关管并联.还能用上文介绍的那些高端驱动芯片来驱动吗？ 可以的，但是你要选择驱动能力强的IC。看个最简单的隔离驱动电路，被驱动的对象是Q1。图1910-tr1*run-&in驱动源参数为12V , lOOKHz, D=0. 5o 驱动变圧器电感虽为200uH.匝比为1： 1。3763773.783.793.8绿色红色波形为驱动 源vi的输岀， 绿色为Q1的G 级波形。可以看 到，Q1-G的波 形为具有正负电 圧的方波，幅值 6V To为什么驱动电压 会卜降呢，是因 为VI的电压直 流分虽，完全被 C1阻挡了。所 以C1也称为隔 直电容。图20图21其平均电压为6V,但是峰峰值，却

12、有2V,显然C1不够大，导致驱动信号最终不够平。那么把C1变为 470nc Q1Y的电压波形就变成如下图22：图22图23驱动电压变得平缓了些。如果把驱动变压器的电感量增加到500uHc驱动信号就如上图23。驱动信号显得更为平缓。其平均电压为6V,但是峰峰值，却有2V,显然C1不够大，导致驱动信号最终不够平o 问这句话怎么理解，C1如 果增大的话，山丁对C1的存放电，驱动信号到G极后应该会更平滑，上升及卜降都会变慢吧？但看你的仿真图好像更 好了？串接R、C的取值如何计算？或者选择？C1大的话，C1上的电压就会比较平稳，波动比絞小，那么对驱动的彤响就会变小。楼主.我做了一个全桥的驱动，上而的不是

13、平的，而是有一圆弧型的包包，再斜斜的卜來，最后有一小段是平的，加 大电容怎么调都是这样，是怎么回事呀？谙賜教！谢谢！ 这个可能和你的驱动变压器的漏感有关系。从这里町以看到，这种驱动，有个明显的特点.就是驱动电平，最终到达MOS的时候，电压幅度减小了，具体减小多少 呢，应该是D*V, D为占空比，那么如果D很大的话，驱动电圧就会变得很小，如卜图24, D=0.9图24图25图24中，发现驱动到达MOS的时候，正压不到2V了。显然这种驱动不适合占空比大的情况。从上而可以看 到，在驱动工作的时候，其实C1上而始终有一个电压存在，电压平均值为V*D,也就是说这个电容存储着一 立的能量。那么这个能量的存

14、在，会带来什么问题呢？下而模拟驱动突然掉电的情况，如图25：可见，在驱 动突然关掉之后，C1上的能量，会引起驱动变的电感，C1以及mos的结电容之间的谐振。如果这个谐振电压 足够髙的话，就会触发MOS管，对可靠性带来危害。那么如何來降低这个震荡呢，在GS上并个电阻，卜图26是并了 1K电阻之后波形：但是这个电阻会给驱动带來额这个电路的神奇之处就是采用了 D1的电平平移电路，使负电平平移到接近0V!相对而；提高了正向电平（绝对值电平 是不变的）o进一步发挥的话D1町以改为两个背靠背的稳圧二极管，比如上管为15V,卜管为5V,这样可以提供+15V,- 5V的驱动电平驱动IGBT.肖然次级加上一个1

15、11 P三极管组成的放电回路就更好了。“这个电路的神奇之处就是采用了 D1的电平平移电路，使负电平平移到接近0V! “这句i舌该怎么理解呢？比如占空比D=0.9,输入电压Vin=10V,那么此时原边的隔直电容上的直流压降为D*Vin=9V,原边绕组上的压降为IV。 当输入电平为低的时候，原边隔直电容9V加在原边绕组上，感应到副边为卜正上负，通过二极管D1给电容C2充电， C2充满后为左负右正，9V。当输入电平变高时.原边绕组电压为IV,上正下负，感应到副边，使副边绕组圧降跳变到 上正卜负.IV。|斤丁电容C2两端电压不能突变，要保持9V的压差，所以C2右端的电圧变为1 +9=10叽P1 CLL

16、zlzO.E80.3o.s)2 0.$0.!K 0J4半桥全桥驱动对T半桥，全桥的驱动由丁具 有两相驱动，而且相位差为180度, 那么如何用隔离变压器來驱动呢？ 如图33：釆用一拖二的方式， 可以来驱动两个管子。下12inQV ruI202LJ i /Li II1 I 1/ -71 2951 291 2951.31305图34图35图34是两个驱动源的波形：通过妾加布1支坯乙石1 67 1 6721 5741 67G 1.678 1.68 1.6821.68416061.6E8 1 9 1.6921.594任有源钳位，不对称半桥.以及同步整流等场合，需要一对互补的驱动，那么怎么用一路驰动來产生

17、互补驱动.并且形成死区。可用卜图36：其波形如图37：D3丄V3T1D1N4140图42图43图36图37MOSFET的并联驱动，iflTMOS经常采用并联的方式工作.那么驰动又该如何设计呢？是按图38呢？还是按图39设计呢图38图39图38町用。一般惜况卜不建议M0S并联使用.丙为MOS并联，对驱动的一致性要求就很高了，如果导通，关断时间不 一致，会导致其中一个MOS开关损耗剧增=所以在软开关电路上，用M0S并联问题比较少，但是硬开关电路，就要小心 了。卜而用仿真來看现象，假设两个MOS并联，而且MOS的参数完全一样。但是驱动走线的寄生参数有很大不同。图 40中R2, R4, LI, L2都

18、为驱动走线的寄生参数。那么卜图41为导通时候，两个mos的电流，从图中看出两管基木上 还算一致。图40图41接卜去，把两个驱动电阻并联起来一起去驱动两个M0S管，如图42：其导通时候的电流波形如图43：两管子的电流波 形，均出现剧烈蕊荡。HF5:伽tn-CfR4j02：00Q110用源网 315您好，我看到蜘蛛大哥的帖子中提到了可以将一个大FET和一个小FET并联，让大FET先关后开，将大FET的开关过程 搞软，降低其开通损耗，不是很明白，想sometimes大哥分析仿克一卜这种情况。两个fet并联，先开的那个mos要承受开通损耗，因为一个开通之后，nios的ds电圧

19、降到0,之后另外一个管子开通， 就是0电压开通了，后关的那个要承受关断损耗。所以这样做町以让开关损耗全部山小FET來承受，但只这种只不过分 散了损耗而己。:这样做对效率的提高没有实质性的帮助吗？:这个应该说会对驱动有好处，在驱动大管子的时候，山于没有米勒效应，可以降低驱动损耗，并且对驱动能力要求不高。但是对于主电路的损耗，我觉得没有太大用。:我想问问sometimes大侠关丁双NMOS的半桥结构的驱动问题。问题是这样的：电路如图44,半桥的上卜管都是NMOS,上管栅极驱动采用1SV电源，卜管栅极驱动采用12V电源，当上管 驱动是关闭的情况卜（也就是上桥胃驱动的PNP管打开,NPN管关闭）.卜管

20、进行PW驱动，这个时候上管的栅极也会出现 一个比较小幅度的PWM,但是尖蜂比絞大,大概有4V,这导致很小的一段时间上卜管导通，耗散非常大。我猜想可能是通过 卜管的栅漏电容CGD给耦合到上官的栅源电容上去了，想问问如何解决这个问题，谢谢了 ！Pmos的驱动：下图45为Pmos管：Pmos要求GS的电压是负的，也就是G的电压要比S的低，才能导通。那么，如果SD承受 高压，G只要比S的电压低一点就能导通，但是一旦SD导通，G必须维持负压才能导通。而GS的耐压是很低 的，这就很麻烦了。一般在电源中最常见的Pmos应用，就有有源钳位。有源钳位的Pmos,是S级接地的，那么要保持导通，G级必须要有负压才行。那么如何产生负压呢，町以采用卜图46的驱动方式；其波形如图47所示:MacUdnLr,14 cUpu1仃 ILr l-r4：ID04f50亚04；r04J4E0Q1100nC110R1RFD1505DP-Channel MOSFET图47请教一个我很长