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| 微特電機論文：帶保護功能的功率MOSFET驅動電路 |
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帶保護功能的功率MOSFET驅動電路
0引 言
通常功率場效管內部(柵一源極間)制作了一個保護用的齊納二極管，由于該齊納二極管的存在，也將使M0sFET管的柵極輸入電容增大。因此，為了提高其開關速度，必須充分考慮柵極輸入電容的影響，保證輸入電容在開關過程中能很快充放電，因此，在設計功率MOsFET柵極驅動電路時，還
必須使控制回路與功率MOsFET構成的主回路之間完全隔離。考慮到功率MOsFET柵源極間的正反向電壓****值一般都在20 V左右，因而其門檻電壓UGS（th)一般控制在2～6V，當柵源極間電壓UGS≥10 V時，MOsFET就進入飽和導通狀態。為了保證電路可靠觸發，應盡可能采用強驅動方式。
1高頻橋式整流驅動電路
高頻橋式整流驅動電路如圖1所示。它由高頻脈沖振蕩器、四個三極管VTl、V12、vT3、vT4構成的互補電路、脈沖變壓器、橋式整流驅動電路及cD4528或c1)4538單穩電路構成的保護環節組成。
由門電路G1和2 MHz晶體振蕩器構成的高頻脈沖振蕩器輸出經cD4(】】3分頻后，在其輸出端O和O得到一相位相反的兩路高頻脈沖信號，該脈沖信號分別作為門G2和G3的一個輸入。當控制信號ui為高電平時，門G2和c3輸出端產生相應的兩路脈沖，并分別驅動由vTl、v12和vT3、vT4構成的互補電路，其中G2用以控制vTl、vT2的基極，G3用以控制VT3、VT4的幕極。由于G2和G3相位相反，G2為高電平時G3為低電平，G2為低電平時G3為高電平。因此，在任一時刻，VTl、VT2、VT3、VT4四個三極管中，當vTl、vT3導通時，VT2、VT4截止，或者當VT2、VT4導通時，vTl、vT3截止，從而在脈沖變壓器原邊得到一個交變的對稱方波信號。為了提高功率MOsFET的開通和關斷時間，在vTl、vT2、VT3、VT4構成的三極管互補電路中，因三極管與電源間不接任何限流電阻，因此脈沖變壓器原邊的方波幅值為電源電壓VCC該方波信號經脈沖變壓器耦合后．在副邊也得到一交變的對稱方波信號，其幅值由脈沖變壓器原邊、副邊線圈的匝數比決定，通常該匝數比設計為1。但考慮到變壓器的各種損耗因素等，應使變壓器副邊的匝數略大于原邊的匝數：本電路變壓器鐵心所采用的普通O.2 T環形導磁體中，原邊匝數為12匝，副邊匝數為14匝。脈沖變壓器輸出信
號經VDl～VD2構成的橋式整流電路整流后，即可按到VT6的柵極直接驅動功率M0sFET。圖2給出了該電路各點的輸出波形；
當控制信號ui為低電平時，振蕩器輸出信號被封閉，門G2和G3同時輸出高電平，從而三極管VT2、VT3處于截止狀態，脈沖變壓器原邊沒有形成通路，因而副邊輸出為零，即U2為零，故功率MOsFET被關斷.
2自動保護原理
2 1 cMOs石英晶體振蕩器
構成振蕩器的方式有多種，一般可根據所用元器件特點、輸出頻率范圍及電源形式來選擇不同的振蕩電路.本電路選用r由cMOs集成電路和石英晶體構成的振蕩器。該電路除具有結構簡單、輸出頻率穩定且可靠等優點外，而且在滿足功率MOsFET對柵極驅動電平要求的前提下，可使整個電路采用單一的+15 V電源，因而簡化了電路。圖1中，振蕩器由反相器G1、2 MHz石英晶體振蕩器及電容ca和cb構成。其中Rf的作用是為反相器提供一個偏置，使反相器工作在線性放大狀態。ca、cb和石英晶體組成π型反饋網絡，當電路振蕩頻率接近石英晶體的固有串聯諧振頻率時，電路維持振蕩，此時調整ca、cb數值就可微調振蕩頻率。cD4013是具有復位和置位功能的雙D觸發器，主要用于對振蕩器輸出進行分頻，并通過其Q端和Q端輸出兩路相位相反的脈沖信號。在該振蕩電路中，Rf的取值非常重要，若阻值過小或過大都將使電路工作極不穩定，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，后果是非常嚴重的。通常，Rf的取值范圍在100kΩ～10 MΩ之間較合適。
2 2三極管互補驅動電路的保護
為了提高元器件的開通時間和關斷時間，在脈沖變壓器前端的三極管互補電路中，三極管與電源之間不接任何限流電阻。當振蕩器因故停振時，若G2輸出高電平，G3輸出低電平，則VTl、VT3將同時導通并通過電源對地短路，反之若G2輸出低電平，G3輸出高電平，則VT2、VT4電將同時導通，并通過電源對地短路，因此，需要對圖1所示電路采取一定的保護措施。為此，可以采用…個由CD4528或CD4538雙單穩態集成觸發電路構成的保護電路。在CD4528或CD4538每個單穩態電路中，有兩個可再觸發輸入端T1和T2若用脈沖上升沿觸發時，觸發信號從A端輸入，B端接高電平；若用脈沖下跳沿觸發，則觸發信號從B端輸入，A端接低電平。cD是復位端，低電平時有效。其保護工作原理當振蕩器因故停止振蕩時，從A端輸入的觸發信號為一不變的直流電平，由于這時B端和復位端cD都為高電平，從而保證了其Q端輸出為高電平。該信號同時加至分頻器CD4013的復位端(4
腳)和置位端(6腳)，使分頻器兩個輸出端也都為高電平，從而可使VT2、VT3截止。這樣就保證了驅動三極管互補電路不會發生直通短路現象。
2 3功率MOSFET柵源極問的過壓保護
如果功率MOSFET柵一源極間的輸入阻抗過高，則漏源電壓的正向、負向突變會通過管子內部反饋電容crss的密勒(Miller)效應耦合到柵極，并產生相當高的正向或負向瞬態電壓UCS過壓脈沖，擊穿浮柵引起管子****性損壞，正向的UCS還會導致元件的誤導通：為了防止管子輸入信號過高，在圖l電路中，可以在VT6柵一源極間并接了一個穩壓管。如在輸入信號被限幅或不會太高的應用中，該穩壓管可以不接。
3結語
本文提出了一種高頻橋式整流的功率MOSFET驅動電路。該電路已經在實際研制的交交變頻電源中采用。結果表明，該電路不僅具有頻率響應快、線路簡單可靠、靈活等特點，還具有自保護功能。
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