MOSFECT的驱动保护电路的设计与应用

合集下载

MOSFET的驱动保护电路设计

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。

功率MOSFET驱动保护及使用常识

功率MOSFET驱动保护及使用常识

驱动电路的基本任务是将信息电子电路传来的信号按照其控制目标的要求,转换为加在电力电子器件控制端和公共端之间,可以使其开通可关断的信号.驱动电路还要提供控制电路和主之间的电气隔离.电力电子电路中,除了电力电子器件参数选择合适、驱动电路设计良好外,采用合适的过电压、过电流、du/dt保护、di/di保护是必要的.电压驱动型器件(MOSFET)的驱动电力MOSFET是用栅极电压来控制漏极电流的,其驱动电路简单且需要的驱动功率小,并且还有开关速度快、工作频率高的特点.另外,电力MOSFET的热稳定性优于GTR,但是电力MOSFET的电流容量小,耐压低,一般只适用于功率不超过10Kw的电力电子装置中.电力MOSFET的栅源极之间都有数皮法左右的极间电容,为快速建立驱动电压,要求驱动电路具有较小的输出电阻,使电力MOSFET开通的栅源极间的驱动电压一般为10~15V,同样关断时施加一定幅值的负驱动电压,一般为-5~-15V有利于减小关断时间和关断损耗.在栅极串入一只低值电阻(数十欧左右)可以减小寄生振荡,该电阻阻值应随被驱动器件电流额定值的增大而减小.电力MOSFET种类和结构繁多,按照导电购道可以分为P沟道和N沟道.由于电力MOSFET本身结构所致,在其漏极和源极之间形成了一个与之反向并联的寄生二极管,通常称作体二极管.它与MOSFET构成了一个整体,使得在漏、源极之间加反向电压时器件导通.MOSFET的漏极伏安特性(输出特性)包含三个区域:截至区,非饱和区,饱和区.饱和是指漏源电压增加时漏极电流不再增加,非饱和区是指漏源电压增加时漏极电流相应增加.电力MOSFET工作在开关状态,即在截止区和非饱和区之间来回转换.一般来说,电力MOSFET不存在二次击穿问题,这个是它的一大优点.一般电力MOSFET的驱动电路包括电气隔离和晶体管放大电路.功率场效应晶体管对栅极驱动电路的要求主要有:触发脉冲须具有足够快的上升和下降速度,脉冲前后沿要陡峭;开通时,以低电阻对栅极电容充电,关断时为栅极电荷提供低电阻放电回路,以提高功率MOSFET的开关速度;为了使功率MOSFET可靠触发导通,栅极驱动电压应高于器件的开启电压,为了防止误导通,在功率MOSFET截止时最好能提供负的栅-源电压;功率MOSFET开关时所需的驱动电流为栅极电容的充放电电流,为了使开关波形有足够的上升和下降陡度,驱动电流要大.过电压保护主要有:防止栅-源过电压.如果栅-源间的阻抗过高,则漏-源间电压的突变会通过极间电容耦合到栅极而产生相当高的栅-源尖峰电压.这一电压会使栅-源氧化层击穿,造成永久性损坏.如果是正方向的VGS.瞬态电压,还会引起器件的误导通,导致该器件或电路其它器件产生瞬态电流过载.解决的办法是适当降低栅极驱动电路的阻抗,在栅-源间并接阻尼电阻,或并接约25v的齐纳二极管,尤其要防止栅极开路工作,防止开关过程的漏-源过电压.如果器件接有感性负载,则当器件关断时,漏极电流的突变(di/dt)会产生比外电源还高的漏极尖峰电压,导致器件击穿.功率MOSFET 关断得越快,产生的过电压越高.为此,需在MOSFET中设置保护电路来吸收浪涌电压.解决方法一般为加入RC 缓冲电路和感性负载的二极管箝位电路.发生短路时,功率MOSFET漏-源电流迅速增加并超过额定值,此时由于在功率MOSFET上加了高电压、大电流,必须在过流极限值所规定的时间内关断功率MOSFET,否则器件将被烧毁. 上述分析可知,功率MOSFET 驱动电路的设计主要包括栅极驱动电路和保护电路两部分.驱动电路的设计好坏直接决定了系统对执行机构的驱动品质,同时由于它是高电压、大电流的强电电路,需要对其进行可靠保护,使其稳定运行,并且应尽量减少对控制部分弱电电路的干扰.辅助元器件和系统过电流保护和过电压保护电力电子变换和控制系统运行不正常或发生故障时,可能发生过电流造成开关器件永久性损坏.过电流在过载和短路两种情况下发生.通常电力电子变换器系统中常采用几种过流保护措施以确保保护的可靠性和合理性MOSFET的分类与区别:JFET是小信号器件,通态电阻大,常用于射频工作场合;MOSFET,特别是功率MOSFET,现在用于功率场合。

第五章 功率MOSFET的驱动电路和保护技术资料

第五章 功率MOSFET的驱动电路和保护技术资料
控 制 电 路 及 其 功 耗 :

5.2 MOSFET 与 双 极 功 率 晶 体
PWM
2 Pd1 Rds on I L (ton / T ) Vd I L (t off / T )
—— 开 关 应 用
IL为平均输出电流; Vd为二极管正向压降; ton为功率MOSFET通态时间; toff为功率MOSFET关态时间。
5.2 栅电荷因子




到t2时刻,漏电流达到IL,漏电电位不再固定 在VDD而是开始下降,并使漏电流保持为常数。 最初阶段,由于器件工作在饱和区,没有电流 流入栅源,只流入栅漏,同时栅漏电容被 Miller效应放大。 到t3时刻,功率MOSFET进入线性区,漏源电压 变为Rdson×IL。 这个时候栅源电压开始自由上升,上升的陡度 由充电电流和输入电容决定,同时输入电容达 到最大(因为这个时候VDS近乎等于0)。

为了更好地理解功率DMOS的特点,有效发挥其功 效,首先考察DMOS器件的剖面结构和等效电路。
5.1 功率DMOS输入电容

各重要的寄生效应包括:
每个管脚的寄生电感; 栅源金属电容(Cgsm)和栅源扩散电容 (Cgso); 栅体电容和栅外延层电容; 所有pn结电容; 寄生npn晶体管,由源、体和漏形成、并 分别对应于寄生晶体管的发射区、基区和 集电区;
Vgs=0时的栅-漏电容。
Crss Cgd
5.1 功率DMOS输入电容

Cgs(栅源电容)从物理上说是栅沟电
容和栅源扩散电容的叠加,一般来说 与电压无关; Cds(栅漏电容)一般由体-外延层pn 结电容组成,随着漏源电压变化很大。 Cgd电容直接依赖于栅金属下半导体表 面情况,与Vgd有关。

高速MOSFET门极驱动电路的设计应用指南(有图完整版)

高速MOSFET门极驱动电路的设计应用指南(有图完整版)

高速MOSFET门极驱动电路的设计应用指南author Laszlo Baloghtranslator Justin Hu摘要本文主要演示了一种系统化的方法来设计高速开关装置的高性能门极驱动电路。

文章收集了大量one-stop-shopping 主题的信息来解决最普通的设计挑战。

因此它应当对各种水平的电力电子工程师都适用。

最常用的电路方案和它们的性能都经过了分析,包括寄生参数、瞬时和极端运行条件的影响。

文章首先回顾了MOSFET技术和开关运行模式,然后由简入繁地讨论问题。

详细的描述了参考地和高端门极驱动电路的设计程序、交流耦合和变压器隔离方案。

专门的一章用来介绍同步整流装置中MOSFET的门极驱动要求。

文章另举出了几个设计的实例,一步一步进行了说明。

Ⅰ.引言MOSTET是金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)的缩写,是电子工业中高频、高效率开关装置的关键器件。

令人惊叹的是,场效应晶体管技术发明于1930年,比双极性晶体管早了大约20年。

第一个信号级别的场效应晶体管20世纪50年代末期被制造出来,功率级别的MOSFET在20世纪70年代中期出现。

而今天无数的MOSFET被集成到现代电子器件中,无论是微处理器还是分立的功率晶体管。

本文所关注的是功率MOSFET在各种各样的开关模式功率变换器装置中门极驱动的要求。

Ⅱ.MOSFET技术双极型和MOSFET晶体管都使用了同样的工作原理。

从根本上讲,这两种晶体管都是电荷控制的器件,这就意味着它们的输出电流和控制电极在半导体中建立的电荷成比例。

当这些器件用作开关时,它们都必须被一个低阻抗的电源驱动,电源要能提供足够的充放电电流来使它们快速建立或释放控制电荷。

从这一点来看,MOSFET在开关过程中必须和双极性晶体管一样通过“硬”驱动才能获得类似的开关速度。

理论上,双极型和MOSFET器件的开关速度几乎一样,由载流子运动经过半导体区域所需要的时间决定。

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

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。

 。

详细讲解MOSFET驱动电路的设计说明

详细讲解MOSFET驱动电路的设计说明

详细讲解MOSFET管驱动电路作者:来源:电源网关键字:MOSFET结构开关驱动电路在使用MOS管设计开关电源或者马达驱动电路的时候,大部分人都会考虑MOS的导通电阻,最大电压等,最大电流等,也有很多人仅仅考虑这些因素。

这样的电路也许是可以工作的,但并不是优秀的,作为正式的产品设计也是不允许的。

下面是我对MOSFET及MOSFET驱动电路基础的一点总结,其中参考了一些资料,非全部原创。

包括MOS管的介绍,特性,驱动以及应用电路。

1,MOS管种类和结构MOSFET管是FET的一种(另一种是JFET),可以被制造成增强型或耗尽型,P沟道或N沟道共4种类型,但实际应用的只有增强型的N沟道MOS管和增强型的P沟道MOS管,所以通常提到NMOS,或者PMOS指的就是这两种。

至于为什么不使用耗尽型的MOS管,不建议刨根问底。

对于这两种增强型MOS管,比较常用的是NMOS。

原因是导通电阻小,且容易制造。

所以开关电源和马达驱动的应用中,一般都用NMOS。

下面的介绍中,也多以NMOS为主。

MOS管的三个管脚之间有寄生电容存在,这不是我们需要的,而是由于制造工艺限制产生的。

寄生电容的存在使得在设计或选择驱动电路的时候要麻烦一些,但没有办法避免,后边再详细介绍。

在MOS管原理图上可以看到,漏极和源极之间有一个寄生二极管。

这个叫体二极管,在驱动感性负载(如马达),这个二极管很重要。

顺便说一句,体二极管只在单个的MOS管中存在,在集成电路芯片内部通常是没有的。

2,MOS管导通特性导通的意思是作为开关,相当于开关闭合。

NMOS的特性,Vgs大于一定的值就会导通,适合用于源极接地时的情况(低端驱动),只要栅极电压达到4V或10V就可以了。

PMOS的特性,Vgs小于一定的值就会导通,适合用于源极接VCC时的情况(高端驱动)。

但是,虽然PMOS可以很方便地用作高端驱动,但由于导通电阻大,价格贵,替换种类少等原因,在高端驱动中,通常还是使用NMOS。

MOSFET驱动电路设计及应用

MOSFET驱动电路设计及应用

MOSFET驱动电路设计及应用下面是我对MOSFET 及MOSFET 驱动电路基础的一点总结,其中参考了一些资料,非全部原创。

包括MOS 管的介绍,特性,驱动以及应用电路。

在使用MOS 管设计开关电源或者马达驱动电路的时候,大部分人都会考虑MOS 的导通电阻,最大电压等,最大电流等,也有很多人仅仅考虑这些因素。

这样的电路也许是可以工作的,但并不是优秀的,作为正式的产品设计也是不允许的。

1、MOS 管种类和结构MOSFET 管是FET 的一种(另一种是JFET),可以被制造成增强型或耗尽型,P 沟道或N 沟道共4 种类型,但实际应用的只有增强型的N 沟道MOS 管和增强型的P 沟道MOS 管,所以通常提到NMOS,或者PMOS 指的就是这两种。

右图是这两种MOS 管的符号。

至于为什么不使用耗尽型的MOS 管,不建议刨根问底。

对于这两种增强型MOS 管,比较常用的是NMOS。

原因是导通电阻小且容易制造。

所以开关电源和马达驱动的应用中,一般都用NMOS。

下面的介绍中,也多以NMOS 为主。

在MOS 管原理图上可以看到,漏极和源极之间有一个寄生二极管。

这个叫体二极管,在驱动感性负载(如马达),这个二极管很重要。

顺便说一句,体二极管只在单个的MOS 管中存在,在集成电路芯片内部通常是没有的。

下图是MOS 管的构造图,通常的原理图中都画成右图所示的样子。

(栅极保护用二极管有时不画)MOS 管的三个管脚之间有寄生电容存在,如右图所示。

这不是我们需要的,而是由于制造工艺限制产生的。

寄生电容的存在使得在设计或选择驱动电路的时候要麻烦一些,但没有办法避免,在MOS 管的驱动电路设计时再详细介绍。

2、MOS 管导通特性导通的意思是作为开关,相当于开关闭合。

功率MOS_FET_应用说明

功率MOS_FET_应用说明

ΧV
Qg (VGS = X V) Qgs
VGS
Qth Qgd
VDS Vth
VGS(on)
Gate Charge
(a)
䕧ܹᯊᑣⱘ⡍ᗻ
100
20
ID = 85 A
80
VGS
16
60 40
VDS
12 VDS = 50 V
25 V
10 V 8
20
VDS = 50 V
4
25 V
10 V
0
0
0
80 160 240 320 400
L • IAP2
V(BR)DSS V(BR)DSS – VDSS
Pchⱘ⏽ᑺ䰡乱ᰃ
Pch(Tx) = Pch(25°C) × Tchmax – Tc Tchmax – 25
θch-c =
Tchmax – Tc Pch
প‫އ‬Ѣᇕ㺙੠㢃⠛ⱘሎᇌ
图 1 功率 MOS FET 的绝对最大额定值
RCJ05G0001-0100/Rev.1.00
㗤೻ǂV(BR)DSSǂ(V)
90
80
70
60
–50
0
50
100
150
200
໪໇⏽ᑺǂTcǂ(°C)
图 3 V(BR)DSS-Tc 特性 (2SK3418)
RCJ05G0001-0100/Rev.1.00
May 2008
Page 4 of 52
功率 MOS FET 应用说明
1.3 饱和电压 VDS(on)(=Id×RDS(on)) 的栅极驱动电压依存性
RCJ05G0001-0100/Rev.1.00
May 2008
Page 1 of 52
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

MOSFET的驱动保护电路的设计与应用时间:2012-05-30 10:12:34 来源:电子设计工程作者:郭毅军,苏小维,李章勇,陈丽摘要: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。

关键词:功率场效应晶体管;功耗和匹配;驱动电路;保护电路功率场效应晶体管(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。

2)防止栅源极间过电压由于栅极与源极的阻抗很高,漏极与源极间的电压突变会通过极间电容耦合到栅极而产生相当高的栅源尖峰电压,此电压会使很薄的栅源氧化层击穿,同时栅极很容易积累电荷也会使栅源氧化层击穿,所以要在MOS管栅极并联稳压管以限制栅极电压在稳压管稳压值以下,保护MOS管不被击穿,MOS管栅极并联电阻是为了释放栅极电荷,不让电荷积累。

3)防护漏源极之间过电压虽然漏源击穿电压VDS一般都很大,但如果漏源极不加保护电路,同样有可能因为器件开关瞬间电流的突变而产生漏极尖峰电压,进而损坏MOS管,功率管开关速度越快,产生的过电压也就越高。

为了防止器件损坏,通常采用齐纳二极管钳位和RC缓冲电路等保护措施。

当电流过大或者发生短路时,功率MOSFET漏极与源极之间的电流会迅速增加并超过额定值,必须在过流极限值所规定的时间内关断功率MOSFET,否则器件将被烧坏,因此在主回路增加电流采样保护电路,当电流到达一定值,通过保护电路关闭驱动电路来保护MOSFET 管。

图1是MOSFET管的保护电路,由此可以清楚的看出保护电路的功能。

2 功率MOSFET驱动电路的设计功率场效应晶体管的栅极对驱动电路的要求主要有以下几个方面:1)产生的栅极驱动脉冲必须具有足够的上升和下降速度,脉冲的前后沿要陡峭:2)开通时以低电阻对栅极电容充电,关断时为栅极电荷提供低电阻放电回路,以提高功率MOSFET的开关速度;3)为了使功率MOSFET可靠导通,栅极驱动脉冲应有足够的幅度和宽度;4)功率MOSFET开关时所需的驱动电流为栅极电容的充放电电流,为了使开关波形有足够的上升下降陡度,驱动电流要大。

MOSFET驱动器在驱动MOSFET功率管的功耗主要包括3个方面:1)MOSFET栅极电容的充电放电产生的功耗为:Pc=CG×F×V2DD (1)其中:CG为MOSFET栅极电容;VDD为MOSFET驱动器电源电压;F为开关频率。

2)MOSFET驱动器吸收静态电流产生的功耗为:PQ=(IQH×D+IQL(1-D))×VDD (2)其中:IQH为驱动器输入为高电平状态的静态电流;D为开关波形的占空比;IQL为驱动器输入为低电平状态的静态电流。

3)MOSFET驱动器交越导通电流产生的功耗为:PS=CC×F×VDD (3)其中:CC为交越常数。

从上述公式可以推导出,在3部分功耗中其中栅极电容充放电功耗在MOSFET驱动器功耗中占的比例最高,特别是在很低的开关频率时。

同时根据公式减小栅极驱动电压可以显著减少驱动器的功耗。

在应用中使MOS管驱动器与MOS管匹配主要是根据功率MOS管导通和截止的速度快慢即栅极电压的上升和下降时间,也即是MOS管栅极电容的充放电速度。

MOS管栅极电容导通与截止的时间与MOS管驱动器的驱动电流的关系可以表示为:T=(VxC)/I (4)其中:T表示导通与截止时间,V表示MOS管栅极源极两端的电压,C表示栅极电容,I表示驱动器峰值驱动电流。

根据栅极电压与栅极电容的乘积为栅极电荷Q则上式可转化为T=Q/I。

本设计中功率MOSFET采用IR公司的IRF3710S功率MOSFET芯片,从其datasheet可以得到MOSFET 的栅极电荷为26 nC,导通/截止时间为106 ns,可以得到峰值驱动电流为,驱动电压为12 V,本设计驱动芯片采用IR公司的IR2130驱动模块,该芯片可用来驱动工作在母电压不高于600 V的电路中的功率MOS门器件,其可输出的最大正向峰值驱动电流为250mA,输出驱动电压为10~20V而反向峰值驱动电流为500 mA。

它内部设计有过流、过压及欠压保护、封锁和指示网络,使用户可方便的用来保护被驱动的MOS门功率管,加之内部自举技术的巧妙运用使其可用于高压系统,它还可对同一桥臂上下2个功率器件的门极驱动信号产生2μs互锁延时时间。

它自身工作和电源电压的范围较宽(3~20 V),在它的内部还设计有与被驱动的功率器件所通过的电流成线性关系的电流放大器,电路设计还保证了内部的3个通道的高压侧驱动器和低压侧驱动器可单独使用,亦可只用其内部的3个低压侧驱动器,并且输入信号与TTL及COMS电平兼容。

IR2130管脚如图2所示。

图2中HIN1~HIN3、LIN1~LIN3:逆变器上桥臂和下桥臂功率管的驱动信号输入端,低电平有效。

CA-、CAO、VSO:内部放大器的反相端、输出端和同相端,可对主电路的电流进行检测。

ITRIP:过流信号检测输入端,可通过输入电流信号来完成过流或直通保护。

FAULT:过流、直通短路、过压、欠压保护输出端,该端提供一个故障保护的指示信号。

它在芯片内部是漏极开路输出端,低电平有效。

VB1~VB3:是悬浮电源连接端,通过自举电容和快速恢复二极管为3个上桥臂功率管的驱动器提供内部悬浮电源,其中快速恢复二极管的作用是防止母线电压倒流损坏器件,VS1~VS3是其对应的悬浮电源地端。

HO1~HO3、LO1~LO3:逆变器上下桥臂功率开关器件驱动器信号输出端。

在实际应用中,IR2130的设计也有一些不合理之处,在使用中应特别注意。

1)IR2130的故障输出只有一个通道,在实际应用中很难判断是过流还是欠压故障,特别是在上电过程中,控制电源必然从0上升至某值,在此过程中,IR2130的故障输出端因内部欠压而动作,将此信号作为过电流信号去触发前级保护电路时,如果前级保护电路具有自锁功能,可能使电路无法起动。

2)由于IR2130的电流检测输入端直接与主电路连接,很容易引入干扰而使系统停机或出现异常,因此,电流检测电阻应采用无感电阻。

3)由于IR2130采用了不隔离的驱动方式,若主电路功率器件损坏,高压将直接串入IR2130,引起IR2130永久性损坏,严重时还会将IR2130前级电路击穿。

4)当IR2130的输入信号来自微处理器时必须采取隔离措施,由于IR2130具有高侧驱动功能,因此可使用普通光耦,以降低成本。

3 应用实例永磁无刷直流电机是随着高性能永磁材料、电机控制技术和电力电子技术发展而出现的一种新型电机,它既具有交流电机结构简单、运行可靠、维护方便、寿命长等优点,又具备直流电机运行效率高、无励磁损耗及调速性能好等诸多优点,且还具有功率密度高,低转速,大转矩的特点。

它的应用已从最初的军事工业,向航空航天、医疗、信息、家电以及工业自动化等领域迅速发展。

图3是由IR2130组成的无刷直流电机驱动原理图为便于表示只画出其中一个桥臂的电路示意图,通过IR2130输入信号控制MOSFET的开关,由此驱动无刷直流动机。

C1是自举电容,为上桥臂功率管驱动的悬浮电源存储能量,D1的作用是防止上桥臂导通时母线电压倒流到IR2130的电源上而使器件损坏,因此D1应有足够的反向耐压,当然D1与C1串联也是为了满足主电路功率开关频率的要求,D1应选快速恢复二极管。

R1、R2、R10、R11、R12、C4组成过流检测电路。

R5、R6为栅极驱动电阻,D4、D5为功率管提供了一个低阻抗的放电回路,使功率管能够快速的泄放电荷。

功率场效应管的栅极与源极之间并联了一个电阻和一个齐纳二极管,电阻的作用是降低栅极与源极间的阻抗,齐纳二极管的作用是防止栅极与源极间尖端电压击穿功率管。

同时在功率场效应管的漏极与源极之间并联了一个RC电路和齐纳二极管,由于器件开关瞬间电流的突变而产生漏极尖峰电压,所以必须加上RC缓冲电路和齐纳二极管对其进行保护。

在实际应用中栅极的驱动波形如图4所示,此波形是在电机3000RPM时的驱动波形,可以看出此波形完全能够满足要求,同时进行了短路、电机堵转等试验,图3电路也能过很好地保护功率MOSFET管。

4 结束语功率MOSFET驱动保护电路的设计可直接决定系统对执行机构的驱动品质。

文中针对具体的微电机驱动保护系统,有针对性地功率驱动保护电路进行计算分析与设计。

实验证明该电路设计简单可靠,驱动与保护效果良好,完全可以满足控制系统对执行机构的驱动要求。

相关文档
最新文档