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自举型栅驱动IC原理简述及设计注意点 编注:本文主要描述自举型的驱动IC,些类驱动IC因些简单、实用而被广泛使用。本文以MOSFET作为目标对象,由于IGBT的栅极使用MOSFET制作,故本文一定程度上适用于IGBT的驱动电路。 什么是MOSFETs驱动器(MOSFETDriver)?1、 为了使MOSFET能够完全导通,需要在其栅-源极(Vgs)之间施加一定的电压,在电机控制中,常用12~15V。这个电压和很多MCU或控制器的输出电平不兼容。2、 当驱动桥的上半桥为N沟道MOSFET时,需要附加电路以保证MOSFET的栅-源极(Ugs)之间的电压达到使MOSFET完全导通的电平。3、 由于MOSFET的结电容(可见MOSFET管的数据手册的相关数据:C、Q等)比较大,为了保护MOSFET的开关速度,施加在栅-源极的电压需要较大的瞬时驱动能力,以减少结电容的充放电时间,保护开关速度。4、 为了保护驱动桥等,MOSFET的控制信号常需要一定逻辑作硬件保护等,如死区、过流、欠压等保护。5、 .。。。。。。综合以上几个因素,应用分立元件搭建电路则需要多个器件完成。而MOSFET驱动器则集成了以上功能,只需外接几个器件即可。 为什么要使用MOSFET的驱动电路推动MOSFET?第一,MOSFET具备一定的驱动能力,因为由于工艺原因,MOSFET的GS间存在是寄生电容。对电容充电(开启MOSFET)和放电(关闭MOSFET)的瞬间需要相当的电流,驱动力不足会降低MOSFET的开关速度,从而增加MOSFET的开关损耗。第二,用于驱动桥的上半桥(highside)的MOSFET。工程应用中,多采用NMOS作为桥的高端器件,因为相对PMOS,N沟的MOSFET的导通电阻会更少,且就目前工艺,比PMOS容易生产,换言之,价格便宜。 MOFSET开关条件对于MOSFET,导通的条件是栅-源极之间的电压(Ugs)大于某个阀值,这个阀值不同的管其值不尽相同。下图所示是一个NMOS的半桥,对于低端的管子Q2,由于其源极接地,所以当要求Q2导通时,只要在Q2的栅极加个一定的电压即可;但是,对于高端的管子Q1,由于其源极的电压Us是浮动的,则不好在其栅极上施加电压以使Q1的Ugs满足导通条件。试想,理想下,Q2的导通电阻为0,即导通时,Q2的Uds为0,则Us=Ud,则要求Q2的栅极电压Ug大于Ud。简单地说,要求升压。高端管的驱动方法有几个,如用隔离变压器等。自举型驱动IC具有简单、实用的特点,目前被广泛地使用,。下面简要地描述自举的工作过程,目的是理清自举的工作原理,更合理地设计电路、布局布线和器件选型。 电路简图首先,如下图,是一款MOSFET驱动IC的电路图,值得注意:出于便于分析的初衷,对电路进行了简化。如上图,这电路并不陌生,二极管D1和电容C1分别被称为自举二极管和自举电容,有些IC把自举二极管集成到IC内部。 把上图的驱动作简化,只留下它的输出级,得到下图:注:此图为示意图,只用于功能的描述。上图的黄色框内可以看作开关,这样更利于下面的分析和理解。 充电过程可以理解,半桥的两个禁止同时导通,否则会炸管。下图是半桥的低端管导通的示意图:如上图所示,半桥的高端管关闭,而低端管开启,这时泵二极管和泵电容组成充电回路。由上图,易得,+15V电源经过泵二极管、泵电容、再经过