开关电源中MOSFET的驱动电路设计

讨论开关电源中MOSFER 驱动电阻的功耗.下图是最常用的MOSFET 驱动：
目的是计算R1上所消耗的功率。

参考“AN799Matching MOSFET Drivers to MOSFETs “中计算MOSFET 驱动损耗的方法计算出MOSFET 的驱动损耗，也可查表得出MOSFET 管IRFS41N15的总电荷Q G =82nC(V GS =12V,V DS =120V).
按理说，VGS 通过R1对MOSFET 的输入电容充电，充电电荷量为Q G 。

则充电电流为 RCg
Q tr Q I G G ==
Tr 为电容充电时间，tr=RCg.Cg 为栅极等效电容，Cg=
G G V Q （这个不知道有没有问题） 以IRFS41N15D 为例： Cg=G
G V Q =82nC/12=6.83nF 则RCg
Q tr Q I G G === 3.6A(有点绕，其实就是I=V/R ，但是在理想情况下，实际情况tr 不是简单的等于RC ，应该还会乘一时间常数？)
如果前面推理正确的话，那么消耗在R1上的功率为：
P=I 2*R=42.77W ，很明显这是不合理的，因为实际中使用的是1206封装的电阻，最大功耗为250mW ，且工作正常。

请各位高手说明一下问题出在哪里？？？。

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。

讨论开关电源中MOSFER 驱动电阻的功耗.下图是最常用的MOSFET 驱动：
目的是计算R1上所消耗的功率。

参考“AN799Matching MOSFET Drivers to MOSFETs “中计算MOSFET 驱动损耗的方法计算出MOSFET 的驱动损耗，也可查表得出MOSFET 管IRFS41N15的总电荷Q G =82nC(V GS =12V,V DS =120V).
按理说，VGS 通过R1对MOSFET 的输入电容充电，充电电荷量为Q G 。

则充电电流为 RCg
Q tr Q I G G ==
Tr 为电容充电时间，tr=RCg.Cg 为栅极等效电容，Cg=
G G V Q （这个不知道有没有问题） 以IRFS41N15D 为例： Cg=G
G V Q =82nC/12=6.83nF 则RCg
Q tr Q I G G === 3.6A(有点绕，其实就是I=V/R ，但是在理想情况下，实际情况tr 不是简单的等于RC ，应该还会乘一时间常数？)
如果前面推理正确的话，那么消耗在R1上的功率为：
P=I 2*R=42.77W ，很明显这是不合理的，因为实际中使用的是1206封装的电阻，最大功耗为250mW ，且工作正常。

请各位高手说明一下问题出在哪里？？？。

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。

3．MOS开关管损失不管是NMOS还是PMOS，导通后都有导通电阻存在，这样电流就会在这个电阻上消耗能量，这部分消耗的能量叫做导通损耗。

移相全桥为主电路的软开关电源设计详解2014-09-11 11:10 来源：电源网作者：铃铛移相全桥变换器可以大大减少功率管的开关电压、电流应力和尖刺干扰，降低损耗，提高开关频率。

如何以UC3875为核心，设计一款基于PWM软开关模式的开关电源?请见下文详解。

主电路分析这款软开关电源采用了全桥变换器结构，使用MOSFET作为开关管来使用，参数为1000V/24A。

采用移相ZVZCSPWM控制，即超前臂开关管实现ZVS、滞后臂开关管实现ZCS。

电路结构简图如图1，VT1~VT4是全桥变换器的四只MOSFET开关管，VD1、VD2分别是超前臂开关管VT1、VT2的反并超快恢复二极管，C1、C2分别是为了实现VTl、VT2的ZVS设置的高频电容，VD3、VD4是反向电流阻断二极管，用来实现滞后臂VT3、VT4的ZCS，Llk为变压器漏感，Cb为阻断电容，T 为主变压器，副边由VD5~VD8构成的高频整流电路以及Lf、C3、C4等滤波器件组成。

图1 1.2kw软开关直流电源电路结构简图其基本工作原理如下：当开关管VT1、VT4或VT2、VT3同时导通时，电路工作情况与全桥变换器的硬开关工作模式情况一样，主变压器原边向负载提供能量。

通过移相控制，在关断VT1时并不马上关断VT4，而是根据输出反馈信号决定移相角，经过一定时间后再关断VT4，在关断VT1之前，由于VT1导通，其并联电容C1上电压等于VT1的导通压降，理想状况下其值为零，当关断VT1时刻，C1开始充电，由于电容电压不能突变，因此，VT1即是零电压关断。

由于变压器漏感L1k以及副边整流滤波电感的作用，VT1关断后，原边电流不能突变，继续给Cb充电，同时C2也通过原边放电，当C2电压降到零后，VD2自然导通，这时开通VT2，则VT2即是零电压开通。

当C1充满电、C2放电完毕后，由于VD2是导通的，此时加在变压器原边绕组和漏感上的电压为阻断电容Cb两端电压，原边电流开始减小，但继续给Cb 充电，直到原边电流为零，这时由于VD4的阻断作用，电容Cb不能通过VT2、VT4、VD4进行放电，Cb两端电压维持不变，这时流过VT4电流为零，关断VT4即是零电流关断。

电力mosfet驱动电路特点电力MOSFET驱动电路是一种用于控制高功率MOSFET开关的电路，具有以下特点:1. 高速开关能力: 电力MOSFET驱动电路可以实现对MOSFET的快速开关，使其能够在毫秒甚至微秒的时间内完成快速开关动作。

这种高速开关能力使得电力MOSFET驱动电路在高频率开关电源、电机驱动等应用中得到广泛应用。

2. 低功耗: 电力MOSFET驱动电路采用了先进的功耗优化设计，能够在保证高性能的同时，尽量减小功耗。

这有助于提高系统的能效，减少能源消耗。

3. 高电压驱动能力: 电力MOSFET驱动电路能够提供足够的电流和电压来驱动MOSFET的栅极，保证其能够迅速切换。

这种高电压驱动能力使得电力MOSFET驱动电路适用于高电压应用场景，如电力电子装置。

4. 低输入电流: 电力MOSFET驱动电路的输入电流较低，可以通过外部逻辑电平或微控制器来控制。

这使得电力MOSFET驱动电路具有灵活性和可编程性，可以方便地集成到各种控制系统中。

5. 具有过温保护和短路保护功能: 电力MOSFET驱动电路通常具有过温保护和短路保护功能，当MOSFET温度过高或输出短路时，能够及时切断电源，以保护MOSFET和整个系统的安全运行。

6. 可靠性高: 电力MOSFET驱动电路采用了先进的保护电路和稳定的控制算法，能够有效地避免MOSFET的过压、过流等问题，提高系统的可靠性和稳定性。

7. 适应性强: 电力MOSFET驱动电路能够适应不同的电力MOSFET 器件，不同的工作条件和负载要求。

同时，电力MOSFET驱动电路还可以根据需求进行定制设计，以满足不同应用场景的需求。

总的来说，电力MOSFET驱动电路具有高速开关能力、低功耗、高电压驱动能力、低输入电流、过温保护和短路保护功能、高可靠性和适应性强等特点。

这些特点使得电力MOSFET驱动电路在各种高功率电子设备和系统中发挥着重要作用，提高了系统的性能和可靠性。

5种经典MOSFET驱动电路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。

详细讲解MOSFET管驱动电路在使用MOS管设计开关电源MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）是一种常用的电子器件，常用于开关电源等应用中。

而MOSFET管驱动电路是用来控制MOSFET的开关动作的电路。

MOSFET管驱动电路通常由三个部分组成：输入电路、驱动电路和输出电路。

输入电路主要用于接收输入信号，并将其转换为适合驱动电路的电平。

输入信号的电平通常为低电平（0V）和高电平（5V或12V），而驱动电路所用的电源电压通常为12V或15V。

因此，输入电路通常包括一个电压分压电路，将输入信号电平从高电平转换为适合驱动电路的电平。

驱动电路是将输入电路输出的信号放大，并产生足够的电流来控制MOSFET的开关动作。

驱动电路通常由一个晶体管放大器和一个电流放大器组成。

晶体管放大器将输入电路输出信号放大，电流放大器将放大后的信号电流放大到足以控制MOSFET的电流水平。

常见的驱动电路类型包括共射放大器、共基放大器和共集放大器。

输出电路主要用于控制MOSFET的导通和截止。

输出电路包括一个电容和一个电阻，用于控制MOSFET的导通和截止时间。

当驱动电路输出高电平时，电容通过电阻放电，导致MOSFET导通；当驱动电路输出低电平时，电容通过电阻充电，导致MOSFET截止。

在使用MOSFET设计开关电源时，驱动电路的设计是非常关键的。

一个好的驱动电路可以确保MOSFET的开关动作稳定，效率高。

以下是一些设计开关电源时应考虑的关键因素：1.驱动电路的输出电流能否满足MOSFET的需求。

MOSFET的驱动电流一般在几十毫安到几安之间，因此驱动电路的输出电流能否满足MOSFET的需求是一个重要的考虑因素。

2.驱动电路的响应时间和上升时间。

开关电源的效率和性能取决于MOSFET的开关速度，因此驱动电路的响应时间和上升时间是非常重要的。

3.驱动电路的稳定性和抗干扰能力。

开关电源通常会面临一些干扰源，如电磁干扰、温度变化等，因此驱动电路需要具有良好的稳定性和抗干扰能力，以确保开关电源的可靠性和稳定性。

第40卷第3期 2020年5月核电子学与探测技术Nuclear Electronics Detection TechnologyVol.40 No. 3May.2020大功率Si C M O S F E T驱动电路设计吴凯铭i2,高大庆1#，高杰\李明睿\申万增1(1.中国科学院近代物理研究所，兰州730000;2.中国科学院大学，北京100049)摘要•.为了使强流重离子加速器装置（H IAF)碳化硅功率开关器件SiC M O SFET工作在理想状态，设计了基于SIC1182K驱动芯片的SiC M O SFET驱动电路。

对该驱动电路的输出电压、响应时间、脉宽 连续可调性、稳定性和可靠性进行实验测试，测试结果表明：该驱动电路能够长时间、稳定可靠工作，满 足SiC M O SF E T的工作需求。

关键词：加速器电源；SIC1182K;SiC M O SFET;驱动电路中图分类号：T L56 文献标志码：A文章编号：0258 —0934(2020)3 —0412 —05强流重离子加速器装置（H IA F)[1’2]是“十 二五”国家重大科学工程项目。

硅功率器件是现阶段兰州加速器电源常用的开关器件，与传 统硅器件相比，第三代半导体开关器件SiC M O SFE T有着更加卓越的高温高压工作性能。

并且SiC M O S F E T上升下降时间短、通态损耗 小等特点[3]，决定了 SiC M O SF E T在达成更高 开关频率的同时，还兼备更小的功率损耗。

在 相同功率等级下，与硅器件开关电源相比，SiC M O SF E T开关电源能够凭借更高的开关频率，减小电路中电容电感体积，降低滤波成本，提高 功率密度。

器件材料的差异导致驱动电路不可 通用，驱动电路就成为SiC M O SFE T理想工作 所需解决的技术难点。

收稿日期：2020_03—02基金项目：国家自然科学基金项目（11805248)资助。

作者简介：吴凯铭（1995 —），男，福建南靖人，在读硕士生，攻读方向为加速器工程设计研究。