浅谈MOSFET驱动电路-原理图|技术方案

MOSFET因导通内阻低、开关速度快等优点被广泛应用于开关电源中。MOSFET的驱动常根据电源IC和MOSFET的参数选择合适的电路。下面一起探讨MOSFET用于开关电源的驱动电路。

在使用MOSFET设计开关电源时，大部分人都会考虑MOSFET的导通电阻、最大电压、最大电流。但很多时候也仅仅考虑了这些因素，这样的电路也许可以正常工作，但并不是一个好的设计方案。更细致的，MOSFET还应考虑本身寄生的参数。对一个确定的MOSFET，其驱动电路，驱动脚输出的峰值电流，上升速率等，都会影响MOSFET的开关性能。

当电源IC与MOS管选定之后， 选择合适的驱动电路来连接电源IC与MOS管就显得尤其重要了。

一个好的MOSFET驱动电路有以下几点要求：

（1）开关管开通瞬时，驱动电路应能提供足够大的充电电流使MOSFET栅源极间电压迅速上升到所需值，保证开关管能快速开通且不存在上升沿的高频振荡。

（2）开关导通期间驱动电路能保证MOSFET栅源极间电压保持稳定且可靠导通。

（3）关断瞬间驱动电路能提供一个尽可能低阻抗的通路供MOSFET栅源极间电容电压的快速泄放，保证开关管能快速关断。

（4）驱动电路结构简单可靠、损耗小。

（5）根据情况施加隔离。

下面介绍几个模块电源中常用的MOSFET驱动电路。

1：电源IC直接驱动MOSFET

图 1 IC直接驱动MOSFET

电源IC直接驱动是我们最常用的驱动方式，同时也是最简单的驱动方式，使用这种驱动方式，应该注意几个参数以及这些参数的影响。第一，查看一下电源IC手册，其最大驱动峰值电流，因为不同芯片，驱动能力很多时候是不一样的。第二，了解一下MOSFET的寄生电容，如图 1中C1、C2的值。如果C1、C2的值比较大，MOS管导通的需要的能量就比较大，如果电源IC没有比较大的驱动峰值电流，那么管子导通的速度就比较慢。如果驱动能力不足，上升沿可能出现高频振荡，即使把图 1中Rg减小，也不能解决问题！ IC驱动能力、MOS寄生电容大小、MOS管开关速度等因素，都影响驱动电阻阻值的选择，所以Rg并不能无限减小。

2：电源IC驱动能力不足时

如果选择MOS管寄生电容比较大，电源IC内部的驱动能力又不足时，需要在驱动电路上增强驱动能力，常使用图腾柱电路增加电源IC驱动能力，其电路如图 2虚线框所示。
 

图 2 图腾柱驱动MOS

这种驱动电路作用在于，提升电流提供能力，迅速完成对于栅极输入电容电荷的充电过程。这种拓扑增加了导通所需要的时间，但是减少了关断时间，开关管能快速开通且避免上升沿的高频振荡。

3：驱动电路加速MOS管关断时间

图 3 加速MOS关断

关断瞬间驱动电路能提供一个尽可能低阻抗的通路供MOSFET栅源极间电容电压快速泄放，保证开关管能快速关断。为使栅源极间电容电压的快速泄放，常在驱动电阻上并联一个电阻和一个二极管，如图 3所示，其中D1常用的是快恢复二极管。这使关断时间减小，同时减小关断时的损耗。Rg2是防止关断的时电流过大，把电源IC给烧掉。

图 4 改进型加速MOS关断

在第二点介绍的图腾柱电路也有加快关断作用。当电源IC的驱动能力足够时，对图 2中电路改进可以加速MOS管关断时间，得到如图 4所示电路。用三极管来泄放栅源极间电容电压是比较常见的。如果Q1的发射极没有电阻，当PNP三极管导通时，栅源极间电容短接，达到最短时间内把电荷放完，最大限度减小关断时的交叉损耗。与图 3拓扑相比较，还有一个好处，就是栅源极间电容上的电荷泄放时电流不经过电源IC，提高了可靠性。

4：驱动电路加速MOS管关断时间

图 5 隔离驱动

为了满足如图 5所示高端MOS管的驱动，经常会采用变压器驱动，有时为了满足安全隔离也使用变压器驱动。其中R1目的是抑制PCB板上寄生的电感与C1形成LC振荡，C1的目的是隔开直流，通过交流，同时也能防止磁芯饱和。

除了以上驱动电路之外，还有很多其它形式的驱动电路。对于各种各样的驱动电路并没有一种驱动电路是最好的，只有结合具体应用，选择最合适的驱动。

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负载开关的应用范围十分广泛，从汽车到手机，从服务器到医疗设备，因此每个人都以不同的方式使用负载开关也就不足为奇了。数据表可以显示性能与规格说明，但它不能涵盖所有应用。也许数据表显示的性能中输入电压为1.2V或1.8V，但您的设备实际在1.35V下运行，这时您该怎么办？想知道具体应用会产生怎样的结果吗？试试TI的WEBENCH®工具吧。

在WEBENCH中打开负载开关设计

开始设计前，请点击TI WEBENCH设计中心的Power Designer Enabled Devices链接。从顶部列表中选择“Load Switch”（负载开关）选项（参见图 1）。单击“Create”（创建）按钮，WEBENCH工具将打开所选择的负载开关的产品页面。

图1：WEBENCH负载开关设备列表

负载开关WEBENCH功能可通过产品页面右侧的WEBENCH组件实现。图2显示了TPS22965负载开关的组件。

图2：TPS22965产品页面负载开关组件

使用这个组件时，一些设计参数已输入该工具中。组件的左侧显示参数名称，中间供用户输入，右侧显示适用于该特定负载开关的数值范围。单击“Open Design”（打开设计）按钮将启动WEBENCH工具。显示结果类似于图3所示。

图3：WEBENCH设计器布局

更改输入值

左上角是“Change Inputs”（更改输入值）控制台，如图4。

图4：WEBENCH设计器Change Inputs控制台

在创建设计后，可通过“Change Inputs”（更改输入值）控制台返回并修改设计参数。根据所选负载开关的不同，也会有其他选项和参数可供修改。通过更改这些数值，模拟的设计结果会相应更新，包括设计原理图、数据图、运行值等。

设计原理图

点击“Schematic”控制台，设计原理图将随之打开。

图5：所创建的WEBENCH设计原理图

该设计原理图显示了所创建的设计，该设计基于输入的设计参数与负载开关配置。通过查看该电路图，可以核查负载开关中使用的连接与元件。

运行值

“Operating Values”（运行值）控制台提供了许多计算值，显示的是考虑所有输入的设计参数后设备预计运行情况。图6为该控制台实例。

图6：WEBENCH设计器“Operating Values”（运行值）控制台

这是WEBENCH设计器工具中最有用的一个控制台，因为它会告诉您特定应用时负载开关预计运行情况。浪涌电流、上升时间、效率、导通电阻和功率耗散只是众多计算结果的一部分。若要改变这些数值，只需在“Change Inputs”控制台中输入新的设计参数即可。这样做可以看到更改设计参数会如何改变负载开关的行为。例如，更改输出电容会影响负载开关的浪涌电流。

在“Power Architect”（电源架构）中添加负载开关

您的应用可能因处理器或FPGA电源轨的不同而具有特定的启动序列。在使用WEBENCH Power Architect（电源架构）工具设计电源时，可添加负载开关用于电源序列。关于如何执行此操作的说明，请访问WEBENCH 帮助中心。

独特的设计可为市场带来创新与成功。如果您的设计以数据表中没有列出的方式使用了负载开关，WEBENCH工具可帮助您模拟运行并始终领先一步！

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