针对应用选择正确的MOSFET驱动器

1、    针对应用选择正确的MOSFET驱动器        Cliff E 时间:2009年12月08日     字 体: 大 中 小        关键词:        从功能上讲，MOSFET驱动器将逻辑信号转变成较高的电压和电流，以很短的响应时间驱动MOSFET栅极的开和

2、关。例如，使用MOSFET驱动器可以将一个5V、低电流的单片机输出信号转变成一个18V、几安培的驱动信号来作为功率MOSFET的输入。针对应用选择正确的MOSFET驱动器，需要对与MOSFET栅极电荷和工作频率相关的功耗有透彻的理解。例如，不管栅极电压的转变快或慢，MOSFET栅极充电或放电时所需的能量是相同的。MOSFET驱动器的功耗性能由以下三个关键因素决定：1 MOSFET栅极电容的充电和放电引起的功耗；2 MOSFET驱动器静态电流引起的功耗；3 MOSFET驱动器内的交越导通（直通）电流引起的功耗。其中，由MOSFET栅极电容的充电和放电引起的功耗是最重要的，特别是当开关频率较低时。

3、功耗由式(1)计算得出。Pc=Cg×Vdd2×F              (1)其中，Cg是MOSFET的栅极电容；Vdd是MOSFET驱动器的工作电压（V）；F是开关频率。峰值驱动电流的重要性除了功耗，设计人员必须理解MOSFET驱动器要求的峰值驱动电流和相关的开关时间。在某一应用中，MOSFET驱动器和MOSFET的匹配由该应用要求的功率MOSFET的开关速度决定。在任何应用中，最理想的上升或下降时间基于多方面的要求，如电磁干扰（EMI）、

4、开关损耗、引线/电路感应系数和开关频率。栅极电容、转变时间和MOSFET驱动器的额定电流之间的关系由式(2)表示：dT=dV×C/I               (2)其中，dT是开关时间；dV是栅极电压；C是栅极电容；I是MOSFET峰值驱动电流。MOSFET栅极总电容完全可以由栅极总电荷（QG）决定。栅极电荷QG由式(3)得出：QG=C×V        

5、;           (3)最后得出I=QG/dT。在这种方法中，假定电流是恒定的。有一个不错的经验是：电流的平均值等于MOSFET驱动器额定峰值电流的二分之一。MOSFET驱动器的功率由驱动器的输出峰值电流驱动能力决定。额定峰值电流通常是相对最大偏压而言的。这就是说，如果使用的MOSFET驱动器的偏压较低，那么它的峰值电流驱动能力也将被削弱。例如，所需的MOSFET峰值驱动电流可通过以下供应商数据手册中的设计参数计算得出。MOSFET栅极电荷为20nC（Q），MOSFET栅极电压为12V（d

6、V），开/关时间为40ns（dT），可得I=0.5A。设计人员还可采用另外一种方法来选择合适的MOSFET驱动器，即时间恒定法。在这种方法中，用到了MOSFET驱动器电阻、任何一个外部栅极电阻和集中电容。Tcharge=(Rdriver+Rgate)×Ctotal)×TC  (4)这里，Rdriver是输出驱动器级的导通电阻（RDS-ON）；Rgate是驱动器和MOSFET栅极间任何一个外部栅极电阻；Ctotal是栅极总电容；TC是时间常数的值。例如，Qtotal=68nC，Vgate=10V，Tcharge=50nsec，TC=3，Rgate=0，Rdriver

7、=(Tcharge/TC×Ctotal)-Rgate，可得Rdriver=2.45。 当式(4)表示一个R-C时间常数时，采用TC为3意味着充电后，电容充电量达到充电电压的95%。在栅极电压达到6V时，大多数的MOSFET完全处于“开”的状态。基于此，TC值为1时（即充电量达到充电电压的63%时）可能就满足应用需求了，并且允许使用额定电流更低的驱动器IC。电机控制应用中的MOSFET驱动器选择让我们来设计一个示例，即为电机控制应用选择一个MOSFET驱动器，在电机控制应用中，电机的速度和旋转方向是变化的。该应用要求用于电机的电压是可调的。通常，电机类型、功率开关拓扑和功率开

8、关元件将指定必需的栅极驱动电路以实现这种要求。第一步是为该应用选择正确的功率开关元件，它由被驱动电机的额定功率来决定。一个需要考虑的重要参数是启动电流值，它的值最高可以达到稳态工作电流值的3倍。在电机驱动应用中，主要有两种功率开关元件可供选择MOSFET和IGBT。如果选择MOSFET，那么就可以得出栅极驱动应用中MOSFET驱动器的额定功率。如图1所示，器件的输入级把输入的低电压信号转化成电压覆盖全范围（GND到Vdd）的信号。MOSFET Q1和Q2代表的是MOSFET驱动器的上拉和下拉输出驱动器级。将MOSFET驱动器的输出级看作MOSFET的一个推挽对，就容易理解它是如何工作的。图1

9、MOSFET驱动器示例的电路框图对于同相驱动器，当输入信号变为高态时，Q1和Q2共同的栅极信号被拉低。该栅极节点的电压从Vdd转变到GND所需的时间通常少于10ns。这种快速转变抑制了在Q1和Q2之间产生交越导通的时间，并且使Q1迅速地达到其完全增强态，以尽快实现峰值电流。除图1的示例外，还有其他的MOSFET驱动器电路结构。当电机被驱动时，功率开关元件和栅极驱动电路是已知的，可以根据上面的公式(4)或公式(5)来选择MOSFET。使用电子数据表选择MOSFET驱动器当选定MOSFET后，可以使用由供应商提供的电子数据表来选择一个合适的MOSFET驱动器，这种便于使用的工具能快速地确定MOSFET驱动器所需峰值电流。首先，选择一个MOSFET，并将它的数据手册放在手边。现在，在正确的框中填入输入条件的值，例如MOSFET的源漏电压（Vds）、MOSFET的栅源电压（Vgs）、MOSFET驱动器电压（Vdd）、开关频率、占空比、预估的上升