桥式拓扑结构功率MOSFET驱动电路设计
MOSFET的驱动保护电路设计
MOSFET的驱动保护电路设计驱动保护电路的设计应考虑以下几个因素：驱动电流要足够大以确保MOSFET能够被充分驱动，驱动电压要适配MOSFET的闸极源极电压，稳定的驱动信号，以及针对MOSFET存在的故障及过温保护。
第一部分：驱动电流设计驱动电流是使MOSFET正常工作的关键，需要足够大以确保MOSFET能够迅速打开和关闭。
驱动电流过小会导致MOSFET开启和关闭速度慢，从而影响功率开关的效果。
一种常见的驱动电路设计是使用晶体管来放大控制信号的电流，从而提供足够的驱动电流。
此时，需要选择合适的晶体管，以确保其最大可承受电流大于所需驱动电流。
第二部分：驱动电压设计为了适应不同类型和不同厂家的MOSFET，可以使用电压放大器来提供适当的驱动电压。
电压放大器可以根据输入信号的大小和极性来放大并适应MOSFET的驱动电压要求。
第三部分：稳定的驱动信号为了确保MOSFET的正常工作，需要提供稳定的驱动信号。
这可以通过使用驱动信号滤波器来实现。
驱动信号滤波器可以滤除杂波和噪声，从而提供干净、稳定的驱动信号。
常用的驱动信号滤波器包括电容滤波器和低通滤波器。
第四部分：MOSFET的故障及过温保护一种常见的故障保护方式是将电流和电压传感器与MOSFET连接，监测MOSFET的工作状态。
当电流或电压超过设定的阈值时，故障保护电路将会迅速关闭MOSFET。
此外，还可以使用温度传感器来监测MOSFET的工作温度，当温度超过一定值时，故障保护电路同样会迅速关闭MOSFET。
总结：MOSFET的驱动保护电路设计需要考虑驱动电流的大小、驱动电压的适应性、稳定的驱动信号以及MOSFET的故障及过温保护等因素。
通过设计合适的驱动保护电路，可以确保MOSFET的正常工作，延长其寿命，提高电路的可靠性和稳定性。
MOSFET管经典驱动电路设计大全
MOSFET管经典驱动电路设计大全MOSFET是一种常用的功率开关器件，能够在低电压和高电流下工作。
为了实现最佳性能和保护MOSFET，经典的MOSFET驱动电路设计起着至关重要的作用。
下面将介绍几种常见的MOSFET管经典驱动电路设计。
1.单极性驱动电路单极性驱动电路是一种简单而可靠的MOSFET驱动电路。
这种电路使用一个单极性电源，通过电阻将电流限制在安全范围内，然后将电流输入至MOSFET的栅极。
这种电路简单易于实现，但存在驱动能力有限的问题。
在高功率应用中，单极性驱动电路可能无法提供足够的电流和电压来驱动MOSFET。
2.双极性驱动电路双极性驱动电路通过使用正、负两种极性的信号来驱动MOSFET，提供更可靠和高效的驱动。
正极性信号应用于MOSFET的栅极，而负极性信号应用于MOSFET的源极。
这种驱动电路能够提供更大的电流和电压来控制MOSFET，提高了MOSFET的响应速度和驱动能力。
3.共射极驱动电路共射极驱动电路是一种常用的MOSFET驱动电路，通过极高的驱动能力和电流增益来改善MOSFET的驱动性能。
共射极驱动电路将输入信号应用于普通信号变压器的一个绕组上，输出从第二个绕组采集。
这种电路能够提供很高的电流和电压，能够有效地驱动大功率MOSFET。
4.双极性驱动共射极电路双极性驱动共射极电路结合了双极性驱动和共射极驱动的特点，提供了高效和可靠的MOSFET驱动。
这种电路使用正、负两种极性的输入信号，通过普通信号变压器来转换信号，并且从第二个绕组采集信号。
双极性驱动共射极电路能够提供高电流和电压，驱动能力强，响应速度快，适用于高功率应用。
5.驱动IC和芯片驱动电路除了上述的基本电路设计，还有一些专用的MOSFET驱动IC和芯片驱动电路可供选择。
这些驱动器通常具有保护功能，可以保护MOSFET免受过电流、过温和短路等问题的损坏。
驱动IC和芯片驱动电路通常需要外部电源供电，并且能够根据需要提供不同的驱动能力和控制功能。
MOSFET的驱动保护电路设计
摘要：率场效应晶体管由于具有诸多优点而得到广泛的应用;但它承受短时过载的能力较弱，使其应用受到一定的限制。
分析了二极管器件驱动与保护电路的设计要求;计算了MOSFET驱动器的功耗及MOSFET驱动器与MOSFET的匹配;设计了基于IR2130驱动模块的MOSFET驱动保护电路。
该电路具有结构简单，实用性强，响应速度快等特点。
在驱动无刷直流电机的应用中证明，该电路驱动能力及保护功能效果良好。
功率场效应晶体管(Power MOSFET)是一种多数载流子导电的单极型电压控制器件，具有开关速度快、高频性能好、输入阻抗高、噪声小、驱动功率小、动态范围大、无二次击穿现象和安全工作区域(SOA)宽等优点，因此，在高性能的开关电源、斩波电源及电机控制的各种交流变频电源中获得越来越多的应用。
但相比于绝缘栅双极型晶体管IGBT或大功率双极型晶体管GTR等，MOSFET管具有较弱的承受短时过载能力，因而其实际使用受到一定的限制。
如何设计出可靠和合理的驱动与保护电路，对于充分发挥MOSFET 功率管的优点，起着至关重要的作用，也是有效利用MOSFET管的前提和关键。
文中用IR2130驱动模块为核心，设计了功率MOSFET驱动保护电路应用与无刷直流电机控制系统中，同时也阐述了本电路各个部分的设计要求。
该设计使系统功率驱动部分的可靠性大大的提高。
1 功率MOSFET保护电路设计功率场效应管自身拥有众多优点，但是MOSFET管具有较脆弱的承受短时过载能力，特别是在高频的应用场合，所以在应用功率MOSFET对必须为其设计合理的保护电路来提高器件的可靠性。
功率MOSFET保护电路主要有以下几个方面：1)防止栅极 di/dt过高：由于采用驱动芯片，其输出阻抗较低，直接驱动功率管会引起驱动的功率管快速的开通和关断，有可能造成功率管漏源极间的电压震荡，或者有可能造成功率管遭受过高的di/dt 而引起误导通。
为避免上述现象的发生，通常在MOS驱动器的输出与MOS管的栅极之间串联一个电阻，电阻的大小一般选取几十欧姆。
桥式拓扑结构功率MOSFET驱动电路设计
图 2 栅极振荡干扰实测波形
3 驱动电路的改进
3. 1 减小分布电感
若取极限情况, 驱动电路的分布电感为零, 则 驱动信号由式 ( 3) 简化为如下形式
V
gs2
图 3 改进后驱动电路
′
= iZ ′ 2 ( s) = C gd2
R g2 E R g2C gs2 s+ 1 ton
( 6)
对其进行拉氏反变换得
2 1 2
电阻, 在 M O SFET 栅源极间并联电容以延长栅 极 电 容 的 充 电 时 间, 降 低 电 压 变 化 率。 而
M O SFET 的关断时间与开通时间存在着一定的
( 5)
由于振荡频率很高, 使 M O SFET 处于高频 开关状态, 产生很大的开关损耗。 更严重的是若振 荡的幅值达到 M O SFET 的门槛电压, 下管将开 通, 而上管正处于导通状态, 此时将造成上下功率 管的直通现象, 造成M O SFET 的损坏。以上现象 可以通过调整驱动电路参数加以抑制。
′ u gs2
理论上, 开通时间越长 d v d t 应力越小, 振荡 产生的干扰效果就越不显著, 但是由 M O SFET 开关损耗近似公式 [ 4 ] P≈ I m [ ( 0. 165+ 0. 1K ) U gs +
0. 05E ( ton + toff ) f ] ( 9)
( t) =
C gd2 E e C gs2 ton
2 ( R g2
)。 4L 2 = tan - 1 ( Ξ Α 2) ] 2 ; Υ
由式 ( 5) 和式 ( 8) 可知,M O SFET 的开通时间 是影响驱动信号振荡幅值的主要因素, 呈反比例 关系。 若适当增大器件的开通时间, 即可在很大程 度 上 减 小 振 荡 幅 值, 因 此 考 虑 在 驱 动 芯 片 与
MOSFET管驱动电路的设计
MOSFET管驱动电路的设计MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）是一种常用的功率开关器件，广泛应用于电子设备中。
为了实现对MOSFET管的正常工作和控制，需要设计一个合适的驱动电路。
本文将详细介绍MOSFET管驱动电路的设计步骤。
设计MOSFET管驱动电路的第一步是确定所需的功率和电压级别。
根据具体应用场景，可以确定所需的驱动电流和电压。
这些参数将决定所选用的驱动电路的设计。
其次，确定并选择所需的驱动器。
驱动器是将信号转换为所需的电流和电压级别的关键组件。
常见的驱动器有普通开关电路和能够提供逻辑电平的驱动器。
在选择驱动器时，需要考虑MOSFET管的输入容量和开关速度等因素。
接下来，确定驱动电路的输入信号。
输入信号通常来自于控制电路或微处理器。
确定输入信号的电平和频率将有助于后续驱动电路的设计与调试。
在设计驱动电路时，需要特别关注MOSFET的输入电容和输入电阻。
输入电容决定了驱动电路的开关速度，输入电阻则影响驱动电路的响应能力。
根据MOSFET管的参数手册，选择合适的驱动电路设计来匹配MOSFET 的输入容量和输入电阻。
在电路设计中，还需要考虑到保护电路的设计。
保护电路主要是为了防止MOSFET管在过电流、过温度或其他异常情况下受损。
常见的保护电路包括过电流保护、过温度保护和电压保护等。
在完成驱动电路的设计后，需要进行电路模拟和验证。
使用电路仿真软件，例如PSpice或LTSpice等，可以对驱动电路进行仿真，并通过调整电路参数和元件选型来优化电路的性能。
最后，进行实际的电路搭建和测试。
根据设计图纸，选择合适的元件进行电路的布局和焊接。
在测试过程中，需要注意输入信号的稳定性和驱动电路输出的准确性。
总结起来，设计MOSFET管驱动电路的步骤包括确定功率和电压级别、选择驱动器、确定输入信号、考虑MOSFET参数、设计保护电路、电路仿真和验证，以及实际电路搭建和测试。
通过这些步骤，设计出稳定可靠的MOSFET管驱动电路，可以满足各种应用场景的需求。
MOSFET驱动电路设计
MOSFET驱动电路设计MOSFET驱动电路设计是用于驱动MOSFET的电路，其主要目的是提供足够的电流和电压来控制MOSFET的开关动作。
在设计MOSFET驱动电路时，需要考虑许多因素，例如驱动电流和电压的要求、响应时间、功耗以及电路的可靠性等。
首先，我们需要确定驱动电路所需的最大电流。
这可以通过MOSFET的输入电容和开关时间来确定。
一般来说，驱动电流应大于输入电容电流的峰值，以确保快速开关。
其次，我们需要确定驱动电压的要求。
MOSFET需要满足开启电压和关闭电压的要求，同时还要考虑电压过驱动带来的损伤。
因此，驱动电压应高于MOSFET的开启电压和闭合电压，以确保可靠的开关操作。
在设计电路时，我们可以选择使用恒流源或功率放大器来提供高电流驱动。
恒流源是一种提供恒定电流的电路，可以保持恒定的电流输出并提供稳定的驱动。
功率放大器则会将输入信号放大到足够的驱动电压。
此外，为了提高驱动电路的响应时间，可以采用互补驱动电路。
互补驱动电路使用两个MOSFET来控制MOSFET的开关，以提高电路的开关速度和效率。
驱动电路中还需要考虑保护电路的设计，以防止过电流、过温度和过压等问题。
过电流保护可以通过设计过电流保护装置来实现，例如使用电流传感器和比较器等。
过温度保护可以通过温度传感器来实现，一旦温度超过设定值，就会触发保护机制。
过压保护可以通过电压传感器和比较器来实现。
最后，为确保电路的可靠性和稳定性，驱动电路还应考虑到功耗的问题。
在设计中，应尽量降低功率损耗，以提高系统的效率和稳定性。
综上所述，MOSFET驱动电路设计需要考虑诸多因素，包括驱动电流和电压的要求、响应时间、功耗和保护电路等。
在设计过程中，需要充分考虑这些因素，并选择合适的电路结构和元器件来实现高效、稳定和可靠的驱动电路。
MOSFET管驱动电路的设计
MOS驱动电路设计需要注意的 地方
• 因为MOS管栅极高输入阻抗的特性，一点点静电或者 干扰都可能导致MOS管误导通，所以建议在MOS管G S之间并联一个10K的电阻以降低输入阻抗
• 如果担心附近功率线路上的干扰耦合过来产生瞬间高压 击穿MOS管的话，可以在GS之间再并联一个18V左右 的TVS瞬态抑制二极管，TVS可以认为是一个反应速度 很快的稳压管，其瞬间可以承受的功率高达几百至上千 瓦，可以用来吸收瞬间的干扰脉冲。
• 一般这种情况是布线太长电感太大，栅极管驱动波形
• 高频振铃严重的毁容方波。。 • 在上升下降沿震荡严重，这种情况管子一般瞬间死掉。。
跟上一个情况差不多，进线性区。。。BOOM原因也类 似，主要是布线的问题
常见的MOS管驱动波形
• 又胖又圆的肥猪波。。 • 上升下降沿极其缓慢，这是因为阻抗不匹配导致的。。。
MOSFET管驱动电路的设计
It is applicable to work report, lecture and teaching
有关MOSFET的基本知识
• 一般认为MOSFET是电压驱动的，不需要驱动电流 • 然而，在MOS的G S两级之间有结电容存在，这个电容
会让驱动MOS变的不那么简单
拓展知识
• 在中小功率全桥和半桥开关电源中常使用栅极驱动变压 器来驱动MOS管
• 更大功率的开关电源和变频器一般使用悬浮驱动电路， 需要多路隔离电源，采用光耦或者脉冲变压器传递驱动 信号，电路比较复杂，但性能非常好
• 在驱动大功率MOS管的时候，需要注意米勒效应的影 响
• 这次由于时间关系我不详细讲这几块了，大家可以自行 了解下
再给大家推荐一些驱动MOS的 芯片
• TLP250：2A推挽输出的光电耦合器，可以用来做隔离 的MOS管驱动，但光耦延时较大，不建议用在50K以上 的频率，做H桥隔离驱动还是挺好用的。
典型功率MOSFET驱动保护电路设计方案
典型功率MOSFET驱动保护电路设计方案
摘要：率场效应晶体管由于具有诸多优点而得到广泛的应用；但它承受短时过载的能力较弱，使其应用受到一定的限制。
分析了MOSFET器件驱动与保护电路的设计要求；计算了MOSFET驱动器的功耗及MOSFET驱动器与MOSFET的匹配；设计了基于IR2130驱动模块的MOSFET驱动保护电路。
该电路具有结构简单，实用性强，响应速度快等特点。
在驱动无刷直流电机的应用中证明，该电路驱动能力及保护功能效果良好。
功率场效应晶体管（Power MOSFET）是一种多数载流子导电的单极型电压控制器件，具有开关速度快、高频性能好、输入阻抗高、噪声小、驱动功率小、动态范围大、无二次击穿现象和安全工作区域（SOA）宽等优点，因此，在高性能的开关电源、斩波电源及电机控制的各种交流变频电源中获得越来越多的应用。
但相比于绝缘栅双极型晶体管IGBT或大功率双极型晶体管GTR等，MOSFET管具有较弱的承受短时过载能力，因而其实际使用受到一定的限制。
如何设计出可靠和合理的驱动与保护电路，对于充分发挥MOSFET功率管的优点，起着至关重要的作用，也是有效利用MOSFET管的前提和关键。
文中用IR2130驱动模块为核心，设计了功率MOSFET驱动保护电路应用与无刷直流电机控制系统中，同时也阐述了本电路各个部分的设计要求。
该设计使系统功率驱动部分的可靠性大大的提高。
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桥式拓扑结构功率MOSFET驱动电路设计
摘要：针对桥式拓扑功率MOSFET因栅极驱动信号振荡产生的桥臂直通问题,给出了计及各寄生参数的驱动电路等效模型,对栅极驱动信号振荡的机理进行了深入研究,分析了驱动电路各参数与振荡的关系,并以此
为依据对驱动电路进行参数优化设计,给出了实验波形。
理论分析和实验结果表明,改进后的驱动电路成功地解决了驱动信号的振荡问题,从而保证了功率MOSFET能够安全、可靠地运行。
关键词：振荡;驱动电路;桥式拓扑结构
引言
功率MOSFET以其开关速度快、驱动功率小和功耗低等优点在中小容量的变流器中得到了广泛的应用。
当采用功率MOSFET桥式拓扑结构时,同一桥臂上的两个功率器件在转换过程中,栅极驱动信号会产生振荡,此时功率器件的损耗较大。
当振荡幅值较高时,将使功率器件导通,从而造成功率开关管直通而损坏。
目前常用的解决方法是在MOSFET关断时在栅极施加反压,以削弱振荡的影响,但反压电路却占用空间,同时增加了成本。
本文在深入分析了MOSFET栅极振荡产生机理基础上,设计了硬件驱动电路。
理论分析和实验结果表明,采用本文所提出的方法,只需增加较少的器件就能够最大程度地抑制振荡。
栅极驱动信号振荡的产生机理
由功率MOSFET的等效电路可知,3个极间均存在结电容,栅极输入端相当于一个容性网络,驱动电路存在着分布电感和驱动电阻,此时的桥式逆变电路如图1所示。
以上管开通过程为例,当下管V2已经完全关断时,栅源极同电位。
在上管开通过程中,设上管开通时间为ton,直流母线电压为E,由于开通过程时间很短,其漏源极电压迅速由直流母线电压下降到近似零,相当于在下管V2漏源极间突加一个电压E,形成很高的dv/dt。
该dv/dt的数值与上管V1的开通速度有关,可近似认为
图1 半桥式拓扑的等效电路
此时虽然下管已经完全关断,但是该dv/dt因结电容C gd2的存在而对栅源极状态产生影响。
该dv/dt产生的位移电流为
在下管V2栅极产生的电压为
对其进行拉氏反变换可得
式中：
由上式可知,当上管开通时会在下管栅极产生阻尼衰减振荡信号,如图2所示。
同理,当上管关断、下管开通时,上管栅极也同样会产生振荡,只是相位与前者相反,其幅值可以表示为
由于振荡频率很高,使MOSFET处于高频开关状态,产生很大的开关损耗。
更严重的是若振荡的幅值达到MOSFET的门槛电压,下管将开通,而上管正处于导通状态,此时将造成上下功率管的直通现象,造成MOSFET 的损坏。
以上现象可以通过调整驱动电路参数加以抑制。
图2 栅极振荡干扰实测波形
驱动电路的改进
减小分布电感
若取极限情况,驱动电路的分布电感为零,则驱动信号由式(3)简化为如下形式
对其进行拉氏反变换得
式中,S=R g2C gs2。
由上式可知此时振荡已经变为指数衰减形式,在t=0时为最大值
由上述分析可知,分布电感主要影响驱动信号振荡的暂态表现形式,若尽量减小分布电感,可使驱动信号由
阻尼振荡变为指数衰减,即可消除MOSFET的高频开关损耗。
同时亦可一定程度上降低振荡幅值。
因此在设计电路时应该尽量使驱动芯片靠近MOSFET,并减小闭合回路所围的面积。
如用导线连接应该使用双绞线或使用同轴电缆,以尽量减小分布电感。
开通和关断时间的配合与调整
由式(5)和式(8)可知,MOSFET的开通时间是影响驱动信号振荡幅值的主要因素,呈反比例关系。
若适当增大器件的开通时间,即可在很大程度上减小振荡幅值,因此考虑在驱动芯片与MOSFET栅极间加设缓冲电路,即人为串接驱动电阻,在MOSFET栅源极间并联电容以延长栅极电容的充电时间,降低电压变化率。
而MOSFET 的关断时间与开通时间存在着一定的矛盾,若单纯增大开通时间,必然也增大了关断时间,而从减小死区时
间角度,希望关断时间短一些,因此考虑调整MOSFET的开通和关断时间,在驱动电阻上反并联快恢复二极管,改变MOSFET开通和关断的时间常数,在开通时为减小dv/dt的应力,增加栅极的充电时间,而关断时间应短一些,以使用较短的死区时间减小输出波形的谐波含量,电路如图3所示。
通过以上措施,可以实现在增大开通时间,减小电压变化率的同时,保证了较短的关断时间。
图3 改进后驱动电路
理论上,开通时间越长dv/dt应力越小,振荡产生的干扰效果就越不显著,但是由MOSFET开关损耗近似公式
可知,开通与关断时间越长,MOSFET的开关损耗越大,另外开通时间还受工作频率的限制。
缓冲电路参数通常的选取原则为
式中：f为MOSFET的工作频率。
由于MOSFET通常工作在几十kHz的开关状态,其充放电电流由栅源极电容和驱动电压决定,若驱动电阻选的很大,使得电路损耗过大,不利于驱动电路的安全运行,因此要综合考虑电阻、电容的取值。
一般驱动电阻的阻值为几十8,栅源极并联电容的取值以式(10)为参考。
其它措施
考虑到驱动信号振荡主要出现在桥臂一侧MOSFET的关断阶段,即栅源极为零电位时,由PNP三极管的工作原理,在驱动芯片与驱动电阻之间外接PNP三极管,当驱动芯片提供高电平时,三极管不导通,对电路逻辑不造成影响。
在驱动芯片提供低电平过程中,当未产生振荡时,三极管基极与集电极电位均近似为零,三极管不工作;当MOSFET栅源极产生振荡时,三极管集电极电位为正,将饱和导通,振荡电压经反并联二极管和三极管迅速泄放,避免了MOSFET误导通。
同时在栅源极间并联稳压管,进一步限制栅源极过压。
最终改进后驱动电路如图3所示。
图4是工作频率f为40kHz,MOSFET未加缓冲电路的栅极驱动信号实测波形,此时驱动芯片直接与MOSFET的栅极相连,由于没有考虑分布电感的作用,芯片与MOSFET摆放位置相对较远。
实际测得驱动电路分布电感L 为135nH,驱动电阻近似为零,从图4中可以看出,改进前振荡的幅值很大,导致MOSFET发热严重,直至过热损坏,逆变器根本无法正常工作。
驱动电路改进后,实际测得分布电感L为23.5nH,驱动电阻R g取为30Ω,并联电容C取为0.01μF。
实测栅极驱动波形如图5所示,可以看出改进后的电路很好地解决了栅极驱动信号的振荡问题。
图4 改进前驱动信号波形
图5 改进后驱动信号波形
结论
桥式拓扑结构功率MOSFET在开关转换过程中发生的直通现象是由于结电容、驱动电路的分布电感以及开关时产生较高的dv/dt在栅极产生振荡造成的。
在分析了栅极驱动信号的振荡机理后,进行了驱动电路的优化设计,在栅源极增加了缓冲电路。
与外加负压电路以及有源驱动电路相比,该电路具有实现简单、安全可靠的特点。
采用该驱动电路实现的镇流器,长期运行并未发生过热和损坏MOSFET的现象。