POWER MOSFET驱动电路应用实例

功率场效应晶体管MOSFET技术分类：电源技术模拟设计 | 2007-06-07来源：全网电子1.概述MOSFET的原意是：MOS（Metal Oxide Semiconductor金属氧化物半导体），FET（Field Effect Transistor场效应晶体管），即以金属层（M）的栅极隔着氧化层（O）利用电场的效应来控制半导体（S）的场效应晶体管。

功率场效应晶体管也分为结型和绝缘栅型,但通常主要指绝缘栅型中的MOS型（Metal Oxide Semiconductor FET）,简称功率MOSFET（Power MOSFET）。

结型功率场效应晶体管一般称作静电感应晶体管（Static Induction Transistor——SIT）。

其特点是用栅极电压来控制漏极电流，驱动电路简单，需要的驱动功率小，开关速度快，工作频率高，热稳定性优于GTR，但其电流容量小，耐压低，一般只适用于功率不超过10kW的电力电子装置。

2.功率MOSFET的结构和工作原理功率MOSFET的种类：按导电沟道可分为P沟道和N沟道。

按栅极电压幅值可分为；耗尽型；当栅极电压为零时漏源极之间就存在导电沟道，增强型；对于N（P）沟道器件，栅极电压大于（小于）零时才存在导电沟道，功率MOSFET 主要是N沟道增强型。

2.1功率MOSFET的结构功率MOSFET的内部结构和电气符号如图1所示；其导通时只有一种极性的载流子（多子）参与导电，是单极型晶体管。

导电机理与小功率mos管相同，但结构上有较大区别，小功率MOS管是横向导电器件，功率MOSFET大都采用垂直导电结构，又称为VMOSFET（Vertical MOSFET），大大提高了MOSFET 器件的耐压和耐电流能力。

按垂直导电结构的差异，又分为利用V型槽实现垂直导电的VVMOSFET和具有垂直导电双扩散MOS结构的VDMOSFET（Vertical Double-diffused MOSFET），本文主要以VDMOS器件为例进行讨论。

大功率mos管场效应管触发开关驱动模块大功率MOS管场效应管触发开关驱动模块是一种常用于电子电路中的设备，它具有高效、可靠、节能等优点。

本文将详细介绍该模块的工作原理、应用领域以及使用时需要注意的事项，希望能对读者有一定的指导意义。

首先，让我们来了解一下大功率MOS管场效应管触发开关驱动模块的工作原理。

该模块通过使用场效应管作为开关元件，来控制电流的通断。

当输入信号为高电平时，模块将场效应管导通，电流能够正常流动；当输入信号为低电平时，模块将场效应管截断，电流被阻断。

通过这种方式，我们可以控制外部负载电路的通断，实现相应的功率控制。

大功率MOS管场效应管触发开关驱动模块广泛应用于各种电子电路中。

例如，在电源系统中，可以通过该模块来控制电源的开关，实现电源的启动和关闭；在电动机驱动系统中，可以通过该模块来控制电动机的启动和停止，实现对电机的精确控制；在充电器和逆变器等电源变换系统中，也可以使用该模块来实现电源的切换和转换。

可以说，大功率MOS管场效应管触发开关驱动模块在各个领域都有着广泛的应用。

在使用大功率MOS管场效应管触发开关驱动模块时，我们需要注意一些事项。

首先，选择适合的工作电压范围。

不同的模块具有不同的工作电压范围，我们需要根据具体的应用需求选择合适的模块。

其次，注意模块的散热问题。

大功率MOS管场效应管触发开关驱动模块在工作时会产生一定的热量，如果散热不良，可能会导致模块的过热，影响其工作效果甚至损坏模块。

因此，我们应该合理设计散热装置，确保模块能够在适当的温度范围内工作。

最后，注意输入信号的稳定性。

在使用该模块时，输入信号的稳定性对于模块的工作效果具有很大的影响，我们需要确保输入信号的稳定性，避免其产生波动，以免影响到模块的正常工作。

综上所述，大功率MOS管场效应管触发开关驱动模块是一种高效、可靠、节能的设备，具有广泛的应用领域。

在使用该模块时，我们需要根据具体的需求选择合适的模块，并注意散热和输入信号的稳定性等问题。

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。

一、引言随着电子技术的飞速发展，大功率MOS管在工业、军事、民用等领域得到了广泛应用。

然而，由于MOS管的特性，使用不当很容易导致其损坏，甚至危及设备和人员安全。

因此，设计一种可靠的保护电路，对于确保MOS管的正常工作和延长其寿命具有重要意义。

本文将介绍一种基于大功率MOS管的驱动保护电路，主要包括电流保护、过压保护、过温保护和ESD保护四个方面。

二、电流保护电流保护是防止MOS管过电流损坏的主要手段。

一般来说，电流过大会导致MOS管发热严重，从而对其内部结构产生不可逆的损伤。

因此，需要通过设置合理的电流限制值和保护电路来保护MOS 管。

具体实现方式如下：1.1 电流检测在MOS管的源极和负载之间增加一个小电阻，通过检测该电阻两端的电压来实现对MOS管的电流监测。

为了减小误差，可以采用差分放大器、精密电阻等器件进行检测。

1.2 电流限制当检测到MOS管电流超过设定值时，可以通过控制信号，直接将MOS管的驱动电压降低或关闭MOS管，以保护其不受过电流损伤。

三、过压保护过压保护是保护MOS管免受过高电压损害的重要手段。

在实际应用中，由于干扰、电源波动等因素，系统中可能会出现过压情况，如果MOS管无法承受这样的压力，就会导致其损坏。

具体实现方式如下：2.1 过压检测通过设置一个合适的过压检测电路，来监测系统中的电压变化情况。

一旦检测到过压情况，则需要立即采取相应的保护措施。

2.2 过压保护当检测到过压情况时，可以通过控制信号，直接将MOS管的驱动电压降低或关闭MOS管，以避免其受到过高的电压影响。

四、过温保护过温保护是保护MOS管免受高温损害的重要手段。

由于工作环境的限制，MOS管在高温环境下长时间工作会导致其内部结构损坏或退化，影响其寿命和性能。

具体实现方式如下：3.1 温度检测通过设置一个合适的温度检测电路，来监测MOS管周围的温度变化情况。

可以采用热敏电阻、热敏电偶等器件进行检测，并将其转换为电信号。

mos管自举驱动电路自举驱动电路（Bootstrap Driver Circuit）是一种用于驱动功率MOSFET的电路。

它通常用于桥式逆变器、升压转换器等需要高速开关的电路中。

自举驱动电路利用了MOSFET的电容特性，在驱动信号周期性变化时，通过电容的充放电过程来提供所需的驱动电压。

这样可以在驱动信号频率较高的情况下保持驱动电路的工作稳定性。

自举驱动电路通常由一个高侧驱动电路和一个低侧驱动电路组成。

高侧驱动电路用于驱动高侧MOSFET的栅极，低侧驱动电路用于驱动低侧MOSFET的栅极。

在每个驱动电路中，一个功率MOSFET的栅极连接到一个NPN晶体管的集电极上，而NPN晶体管的发射极则连接到VCC电压。

此外，在高侧驱动电路中，MOSFET的源极还连接到一个电容上。

具体工作原理如下：1. 初始时刻，高侧驱动电路中的电容充满了电压VCC。

低侧驱动电路中的电容充满了电压VCC-Vin，其中Vin为低侧驱动信号。

2. 当低侧驱动信号变为高电平时，低侧的NPN晶体管导通，将低侧MOSFET的栅极拉低，使其导通。

3. 由于低侧MOSFET导通，电感中的电流开始增加。

4. 由于高侧MOSFET导通，电容开始放电，驱动电压逐渐下降。

5. 当驱动电压下降到一定程度时，高侧MOSFET将关闭，电容停止放电。

6. 当低侧驱动信号变为低电平时，低侧的NPN晶体管截止，低侧MOSFET断开。

7. 由于高侧MOSFET断开，电容开始充电，驱动电压逐渐增加。

8. 重复上述步骤，实现对功率MOSFET的高速开关。

自举驱动电路可以提供较高的驱动电压，从而减小MOSFET 的导通电阻，提高开关速度。

它具有结构简单、效率高、成本低等优点，在多种应用中得到了广泛应用。

MOSFET电流源驱动原理及实现王仲娟，葛芦生王文娟郝玲玲陈志杰束林（安徽工业大学安徽马鞍山243002）摘要：在开关电源中，随着开关频率的提高，开关器件MOSFET的开关损耗也相应增加。

目前大多数都是采用电压源的驱动方法，此驱动方法存在Miller效应、开关时间长、开关损耗大等一些缺点。

本文对电流源驱动原理进行了分析，并以BUCK电路为例，实现了电流源驱动电路。

通过两种驱动类型比较分析，证明了电流源驱动方式可以缩短开关时间，从而可以有效的减低损耗，提高工作效率。

关键字：电流源驱动开关时间Abstract:In the switching power supply,along with turn-on frequency’s enchancement,the switch component MOSFET switching loss also correspondingly increase.At present the conventional driver is used majority,but this method has the Miller effect,the switching time to be long,switching loss big and so on some shortcomings.This paper has carried on the analysis to the current source driver principle,and take the BUCK circuit as the example,has realized current source driver circuit.Through compared with the conventional driver,had proven the current source driver might reduce the switching time,thus might effective decrease the loss,raised the working efficiency.Keyword:current source driver,switching time引言：目前随着微电子技术的发展，电力电子电路正走向高频化，已出现了各种各样的全控型器件。

功率场效应晶体管MOSFET1.概述MOSFET的原意是：MOS（Metal Oxide Semiconductor金属氧化物半导体），FET（Field Effect Transistor场效应晶体管），即以金属层（M）的栅极隔着氧化层（O）利用电场的效应来控制半导体（S）的场效应晶体管。

功率场效应晶体管也分为结型和绝缘栅型,但通常主要指绝缘栅型中的MOS型（Metal Oxide Semiconductor FET）,简称功率MOSFET（Power MOSFET）。

结型功率场效应晶体管一般称作静电感应晶体管（Static Induction Transistor——SIT）。

其特点是用栅极电压来控制漏极电流，驱动电路简单，需要的驱动功率小，开关速度快，工作频率高，热稳定性优于GTR，但其电流容量小，耐压低，一般只适用于功率不超过10kW的电力电子装置。

2.功率MOSFET的结构和工作原理功率MOSFET的种类：按导电沟道可分为P沟道和N沟道。

按栅极电压幅值可分为；耗尽型；当栅极电压为零时漏源极之间就存在导电沟道，增强型；对于N（P）沟道器件，栅极电压大于（小于）零时才存在导电沟道，功率MOSFET 主要是N沟道增强型。

2.1功率MOSFET的结构功率MOSFET的内部结构和电气符号如图1所示；其导通时只有一种极性的载流子（多子）参与导电，是单极型晶体管。

导电机理与小功率mos管相同，但结构上有较大区别，小功率MOS管是横向导电器件，功率MOSFET大都采用垂直导电结构，又称为VMOSFET（Vertical MOSFET），大大提高了MOSFET 器件的耐压和耐电流能力。

按垂直导电结构的差异，又分为利用V型槽实现垂直导电的VVMOSFET和具有垂直导电双扩散MOS结构的VDMOSFET（Vertical Double-diffused MOSFET），本文主要以VDMOS器件为例进行讨论。

三极管和MOS管是常用的半导体器件，它们在电子电路中起着重要的作用。

驱动电路是用于控制这些器件工作状态的电路，它能够提供足够的电流和电压来驱动这些器件。

对于三极管来说，其驱动电路通常由一个晶体管和一个电阻组成。

当输入信号为高电平时，晶体管导通，电流通过电阻流入三极管的基极，使其饱和导通；当输入信号为低电平时，晶体管截止，电流无法流入三极管的基极，使其处于截止状态。

这种驱动方式简单可靠，适用于大多数应用场景。

对于MOS管来说，其驱动电路则相对复杂一些。

由于MOS管是一种电压控制型器件，因此需要通过控制栅极电压来实现对漏极电流的控制。

常见的MOS管驱动电路包括自举电路、推挽电路等。

其中自举电路是一种利用电容存储电荷的特性来实现栅极电压升高的电路，适用于低电压应用场合；推挽电路则利用两个晶体管分别控制MOS管的导通和截止状态，适用于高电压应用场合。

除了基本的驱动电路外，还有一些高级的驱动技术可以提高三极管和MOS管的性能和可靠性。

例如，软启动技术可以通过逐渐增加栅极电压的方式来避免器件损坏；过热保护技术可以通过监测温度并及时关闭电源来保护器件免受过热损害；过流保护技术可以通过监测电流并及时关闭电源来防止器件因过流而损坏。

总之，三极管和MOS管的驱动电路是电子电路中不可或缺的一部分。

通过合理的设计和优化驱动电路，可以提高器件的性能和可靠性，从而更好地满足各种应用场景的需求。

Power MOSFET IC的结构与电气特性Power MOSFET IC(以下简称为MOSFET)广泛应用在各种电源电路与汽车等领域，虽然最近几年MOSFET在高速切换(switching)与低ON阻抗化有相当的进展，不过一般认为未来MOSFET势必会朝高性能方向发展，因此本文要介绍MOSFET IC的构造、电气特性，以及今后技术发展动向。

MOSFET IC的构造图1是N channel Power MOSFET IC的断面构造，本MOSFET的gate与source之间，亦即gate pad的周围设有可以防止静电破坏的保护二极管，因此它又称为body diode。

马达驱动电路与断电电源供应器(UPS)等DC-AC转换inverter等应用的场合，保护二极管可以充分发挥它的特性。

图1 Power MOSFET IC的构造图2是MOSFET的结构分类，由图可知MOSFET结构上可以分成纵型与横型两种type；纵型type还分成平板(planer)结构与沟槽(trench)结构两种。

表1是上述结构特征与主要用途一览。

因此从应用面观之纵型与沟槽结构的MOSFET，两者的低容量化特性已经没有太大差异。

如上所述纵型结构的MOSFET具备高耐压、低ON阻抗、大电流等特征，所以适合当作switching组件使用。

‧横型构造横型构造最大缺点是不易符合高耐压/低ON阻抗等要求，不过它低容量特性尤其是逆传达容量(归返容量)C rss非常小。

如图2(b)所示，gate与source之间的容量被field plate遮蔽(shield)，因此结构上非常有利。

不过横型构造的cell面积很大，单位面积的ON阻抗比纵型构造大，因此一般认为不适合switching组件使用，只能当作要求高速/高频等高频增幅器常用的输出控制组件(device)。

‧今后发展动向横型构造比较适用于低耐压switching组件，主要应用例如驱逐CPU core的VR(Voltage Regulator)等等。