MOSFET驱动电路的设计与仿真

• 1.MOSFET的开关过程 • 2.栅极驱动电路的类型 • 3.驱动电路设计中的实际问题 演讲议程 1.MOSFET的开关过程 IPROBE1 Rload V1 L irf 3808 Q D Rg D1 Cout V2 Rgs Cin MOSFET的开通过程 MOSFET的关断过程 2.栅极驱动电路的类型 • 直接耦合型 • 脉冲变压器耦合型 • 电容耦合型 • 用于双管正激的驱动电路 • 用于桥式变换器的驱动电路 Vsignal Q3 Q2 R1 D1 VgsC1 V1 12 V3 V4 C2 10 R2R3 Q1 L2 10k R4 直接耦合型驱动电路 D=50% 1 R5 Vsignal Q3 Q2 R1 D1 VgsC1 V1 12 V3 V4 C2 10 R2R3 Q1 L2 10k R4 D2 直接耦合型驱动电路 D=50% 加速关断电路 脉冲变压器耦合型驱动电路 D3 Vsignal L1 Q3 Q2 R1 D1 Vgs P1 S1 TX1 C1 V1 12 V3 V4 C2 R2R3 Q1 L2 Q4 IDEAL D2 R4 R5 Q5 脉冲变压器耦合型驱动电路 D=50% D=60% 脉冲变压器耦合型驱动电路的占空比不能超过50%! 驱动变压器饱和 电容耦合型驱动电路 10k R4 L2 Q1 R3 10 R2 C2 V4 C3 12 V3 V1 C1 P1 S1 TX1 Vgs D1 R1Q2 Q3 L1 Vsignal ddg Cddg ddC CCdd VDV VVV VDV VDVVD ⋅−=⇒ ⎭⎬ ⎫ −= ⋅=⇒ ⋅−=−⋅ )1( )1()( 3 3 33 电容耦合型驱动电路 D=10% D=50% D=90% ▲电容耦合型驱动电路的占空比为50%时，Vg=50%*Vdd！ ▲ Vg中存在负电压，一定程度上加长了驱动延迟时间！ 电容耦合型驱动电路 –改进型I 消除Vg中的负电压！ IDEAL D2 Q4 L2 Q1 R3 R2 C2 V4 C3 12 V3 V1 C1 P1 S1 TX1 Vgs D1 R1Q2 Q3 L1 Vsignal D=10% D=50% D=90% 改进型电路的占空比为50%时，仍然存在Vg=50%*Vdd! 电容耦合型驱动电路 Vgs 1K R6 C4 D3 10 R5 10k R4 L2 Q1 R3 100 R2 C2 V4 C3 10u 12 V3 V1 C1 P1 S1 TX1 D1 R1Q2 Q3 L1 Vsignal Q4 D2 电容耦合型驱动电路 –改进型II ddg ddg gddCCddg gCCCg ddCCCdd VV VDVD VDVDVVVV VDVVDVVD VDVVDVVD =⇒ ⋅−=⋅−⇒ ⋅+⋅−=+−=⇒ ⎭⎬ ⎫ ⋅=⇒⋅−=−⋅ ⋅=⇒⋅−=−⋅ )1()1( )1( )1()( )1()( 23 222 333 ▲消除Vg中的负电压； ▲ Vg幅度与D无关； 电容耦合型驱动电路 –改进型II D=10% D=50% D=90% P1 S1 TX2 D2 C4 10u Q5 Vgs10 R7 R8 1K R9 47 R10 Q6 Q4 47 R6 1K R5 R4 Q1 Q2N2222 100 R3 10 R2 IpVt C3 10u 12 V3 V1 C1 100n Vgs Q2 Q2N2904 Q3 1u L1 Vsignal 10 R1 2mH C2 10u D1 P1 S1 S2 TX1 用于双管正激的驱动电路 用于桥式变换器的驱动电路 PWM半桥 PWM全桥 ZVS移相全桥 LLC谐振半桥 用于桥式变换器的驱动电路 R5 10 R7 Vgs1 Q5 Ip Out2 Out1 Vg2 Vg1 C3 10u 12 V3 Q3 Q2N2222 Q4 Q2N2904 Q2 Q2N2904 Q1 Q2N2222 V1 V2 C1 C2 P1 S1 S2 TX1 1u L1 2mH Q8 Vgs210 R9 R8 死区时驱动电平不确定，可能有问题！ 3.驱动电路设计中的实际问题 • 电容耦合型驱动电路中的振荡 • 桥式变换器中的驱动电路 电容耦合型驱动电路中的振荡 0 R5 10k R4 L2 Q1 R3 10 R2 C2 V4 C3 10u 12 V3 V1 C1 P1 S1 TX1 Vgs D1 R1Q2 Q3 Vsignal 2mH 电容耦合型驱动电路的原边器件有可能发生振荡，振荡将使整 个电源工作不稳定，振荡一般在起机、动态时最大！ 电容耦合型驱动电路中的振荡 S S m R C L Q = 降低原边串联谐振电路的Q值，可以减小驱动电路中的振荡！ 原边仅串联5ohm电阻 耦合电容仅由10uF 改至20uF 电容耦合型驱动电路中的振荡 S S m R C L Q = 降低原边串联谐振电路的Q值，可以减小驱动电路中的振荡！ 仅激磁电感由2mH改至0.2mH 串联电阻、增大电 容、减小激磁电感 桥式变换器中的驱动 –常用电路 R5 10 R7 Vgs1 Q5 Ip Out2 Out1 Vg2 Vg1 C3 10u 12 V3 Q3 Q2N2222 Q4 Q2N2904 Q2 Q2N2904 Q1 Q2N2222 V1 V2 C1 C2 P1 S1 S2 TX1 1u L1 2mH Q8 Vgs210 R9 R8 桥式变换器中的驱动电路 I p / A -1 -0.5 0 0.5 1 V -0 4 8 12 V -0 4 8 12 V -20 -10 0 10 Time/mSecs 2uSecs/div 0.982 0.984 0.986 0.988 0.99 0.992 0.994 0.996 0.998 1 1.002 1.004 ? -20 -10 0 10 桥式变换器中的驱动 –改进电路 R8 R9 Vgs2 Q8 Q7 D3 R11 R13 R14 C6 10p L1 P1 S1 S2 TX1 C2 C1 V2 V1 Q1 Q2 Q4 Q312 V3 C3 Vg1 Vg2 Out1 Out2 Ip C4 R4 R1 R3 D2 Q6 Q5 Vgs1 R7 R5 桥式变换器中的驱动电路 I p / A -8 -4 0 4 8 V -0 4 8 12 V -0 4 8 12 V -15 -5 5 10 Time/mSecs 2uSecs/div 0.982 0.984 0.986 0.988 0.99 0.992 0.994 0.996 0.998 1 1.002 1.004 ? -15 -5 5 10 MOSFET驱动电路的设计与仿真�世纪电源网2010(深圳)电源技术研讨会 演讲议程 1.MOSFET的开关过程 MOSFET的开通过程 MOSFET的关断过程 2.栅极驱动电路的类型 直接耦合型驱动电路 直接耦合型驱动电路 脉冲变压器耦合型驱动电路 脉冲变压器耦合型驱动电路 电容耦合型驱动电路 电容耦合型驱动电路 电容耦合型驱动电路 – 改进型I 电容耦合型驱动电路 电容耦合型驱动电路 – 改进型II 电容耦合型驱动电路 – 改进型II 用于双管正激的驱动电路 用于桥式变换器的驱动电路 用于桥式变换器的驱动电路 3.驱动电路设计中的实际问题 电容耦合型驱动电路中的振荡 电容耦合型驱动电路中的振荡 电容耦合型驱动电路中的振荡 桥式变换器中的驱动 – 常用电路 桥式变换器中的驱动电路 桥式变换器中的驱动 – 改进电路 桥式变换器中的驱动电路 谢谢！