采用图腾柱方式驱动MOSFET电路设计

采用图腾柱方式驱动MOSFET的电路分析

1、 原理图

Vcc15VQ1R110kA0VR44k7R20REQ2R3100RCgs

上图为典型的图腾柱输出方式驱动MOSFET的电路。由于前端I/O口的对外驱动能力(一般为十几或者二十几mA)有限,为了提高对MOSFET的驱动能力,因此采用图腾柱电路。

由于MOSFET是压控型器件,则GS两端电压只要大于4.5V(导通时的阈值电压)时即可导通,为了使MOSFET可靠导通,则一般要求GS两端的电压要大于12V(不同型号的管子该电压不同),因此要求MOSFET的驱动电压幅值至少要大于12V。此外,由于MOSFET的GS两端存在寄生电容,驱动MOSFET的过程就是对该电容充放电的过程,充电的快慢反应MOSFET导通或关断的速度,而开关的速度又影响了MOSFET的开关损耗及EMI等内容,同时,充电的快慢又由充电电流的大小决定。

综上所述,要想驱动MOSFET正常导通和关断,则要考虑驱动幅值电压及对GS两端电容充电电流的大小。

因此,下面分别从驱动MOSFET的幅值电压及充电电流(驱动能力)的大小两个方面来分析该电路。而幅值电压及充电电流与图中的驱动方波的幅值、电源电压Vcc、电阻R2及电阻R3等有关。因此,以下主要通过改变这些参数来验证电路设计的合理性。

2、 电路分析

(1)驱动方波幅值为15V、电源电压为10V、电阻R2=0R。电路如下图所示:

10V15VR110k0VR44k7R20REQ2R3100RCgsQ1

下图为仿真测试波形:

流过R3的驱动电流波形放电波形充电波形E点驱动电压波形Q1饱和导通时,其E极电压为10VQ1的ce两端的电压波形最低0V:完全饱和导通R1两端有5V压降R1两端的电压波形从以上波形可知,在驱动波形为高电平(15V)时,Q1完全饱和导通,其ce间的压降为0V,此时电源电压直接加在点E处,即MOSFET的驱动电压幅值为10V,而不是驱动波形的射极跟随电压14.3V,这样存在的问题是,如果电源电压再小的话,则MOSFET的驱动电压幅值会更低。同时,在驱动波形刚变为高电平时,流过电阻R3有一个尖峰电流,该电流就是对MOSFET的GS端电容充电的电流波形,由于Cgs电容很小,因此充电时间很短,充满后就不存在充电电流,因此该电流波形在很短的时间内为尖峰。

(2)驱动方波幅值为15V、电源电压为15V、电阻R2=0R。电路如下图所示:

15V15VR110k0VR44k7R20REQ2R3100RCgsQ1

下图为仿真测试波形:

充电波形流过R3的驱动电流波形放电波形E点驱动电压波形Q1饱和导通时,其E极电压为15VQ1的ce两端的电压波形最低接近0V:饱和从以上波形可知,在驱动波形为高电平(15V)时,Q1完全饱和导通,其ce间的压降为0V,此时电源电压直接加在点E处,即MOSFET的驱动电压幅值为15V,能满足MOSFET的驱动要求。

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