MOSFET管柵極驅(qū)動(dòng)電路
如上所述 ，柵極驅(qū)動(dòng)電路必須能輸出電流 ，即成為 “ 源”。同時(shí)，為了提供柵極反向電壓，MOS驅(qū)動(dòng)電路必須能從柵極抽取電流 ，即成為 “ 匯”。大部分早期的 PWM 芯片 （ SG1524 系列） 的驅(qū)動(dòng)電路，不能同時(shí)抽取和輸出電流。即不 能同時(shí)成為漏極導(dǎo)通和關(guān)斷的 “ 源” 和 “ 匯”。圖 9.6 ( a ） 中的電路說(shuō)明了這一點(diǎn)。
SG1524 型 PWM 芯片輸出級(jí)由發(fā)射極和集電極都懸空的晶體管構(gòu)成 。當(dāng)輸出級(jí)的晶體管 導(dǎo)通 ，它能從集電極抽取或從發(fā)射極輸出 200mA 的電流。當(dāng)利用晶體管的發(fā)射極驅(qū)動(dòng) MOSFET 管的柵極時(shí) ，發(fā)射極電阻能從柵極抽取電流 ，降低柵極電壓來(lái)關(guān)斷 MOSFET 管。 通常當(dāng)片內(nèi)輸出晶體管導(dǎo)通時(shí) ，功率晶體管也要立即導(dǎo)通 。圖9.6( b ）給出了一個(gè) N 型MOSFET 管的驅(qū)動(dòng)電路 ，它的柵極由 SG1524 型 PWM 芯片的發(fā)射極驅(qū)動(dòng) 。圖 9.6 C b ） 中的驅(qū)動(dòng)電路能提供 200mA 的電流給柵極，快速地導(dǎo)通 MOSFET 管。所以， 如 9.2.2 節(jié)所述 ，50ns 內(nèi)需要 0.924A 的電流去驅(qū)動(dòng) MTM7N45 管柵極電壓使之上升到 IOV 。
可以推導(dǎo) ，SG1524 型 PWM 芯片輸出 200mA 電流時(shí)，柵極電壓從 ov 上升到 IOV 只需
( 0.924/0.2 ） ×50=231ns 。又如 9.2.3 節(jié)所述 ，漏極電流上升時(shí)間對(duì)應(yīng)于柵極電壓從 2.5V 上升 到 sv 所用的上升時(shí)間 ，漏極電流上升時(shí)間就 只有 （ 2.5+10 ） ×231=58肘。初始的 2.5V 柵極電 壓上升到闊值電壓只產(chǎn)生了 58ns 的延遲。這雖然降低了最大開(kāi)關(guān)頻率 ，但它不會(huì)引起任何開(kāi) 關(guān)損耗。
柵極電壓從 ov 到 IOV 的上升時(shí)間 C 231ns ） 己經(jīng)足夠短了，但在圖9.6 C b ） 所示電路中 ， 因?yàn)闆](méi)有恒定電流給電容放電 ，所以柵極電壓下降時(shí)間只取決于發(fā)射極電阻 Re 和柵極輸入電壓。
圖 9.6 C a ) PWM 芯片 SG1524 和它的輸出晶體管 （ 11 腳、12 腳、13 腳和 14 腳），輸出晶體管能提供或吸收 200mA 的電流：C b ） 驅(qū)動(dòng)高輸入電容 MOSFET 管的晶體管發(fā)射極驅(qū)動(dòng)電路 。200mA 的驅(qū)動(dòng)電流可以快速的導(dǎo)通 MOSFET 管。關(guān)斷時(shí)，RI 為柵極下拉電阻 ，它在時(shí)間3R1Cin 內(nèi)將柵極電壓拉低： C c） 用作吸收柵極電流的 PNP 射極跟隨器和作為 200mA 驅(qū)動(dòng) “源” 的片內(nèi)輸出晶體管 。此時(shí)電 阻 R2 可以很大
在圖 9.6 C b ） 中，當(dāng)MOS管驅(qū)動(dòng)芯片內(nèi)輸出晶體管的基極為低電平時(shí) ，輸出晶體管發(fā)射極的電壓由 于 MOSFET 管的大輸入電容而依然維持為高電平 。輸出晶體管關(guān)斷后，只剩下輸出發(fā)射極電 阻給 MOSFET 管輸入電容提供放電 回路。對(duì)應(yīng)的電容值 （ 9.2.2 節(jié)） 為輸入電容加上米勒電 容，即 1800+(180+ 10）×150=4500pF。
這樣 ，對(duì)于標(biāo)稱(chēng)值為 2000.的發(fā)射極電阻，MOSFET 管柵極電壓下降時(shí)間為 3RI C=3× 200×4500=2.70陽(yáng)。如果開(kāi)關(guān)頻率達(dá)到 IOOkHz 以上，則 2.70陽(yáng)的柵極電壓下降時(shí)間顯然太長(zhǎng) 了。這是由于存在 MOSFET 管柵極輸入電容的緣故 ，因此就需要用獨(dú)立的晶體管來(lái)驅(qū)動(dòng) MOSFET 管，它可以輸出或吸收 200 400mA 的電流。
就 SG1524 型 PWM 芯片來(lái)說(shuō) ，它擁有輸出或吸收電流的能力 ，但是不能同時(shí)應(yīng)用 。大多數(shù)情況下 ，簡(jiǎn)單而實(shí)用的 MOSFET 管的柵極驅(qū)動(dòng)電路就是使用 NPN-PNP 圖騰柱式射極跟隨器。如圖 8.17 所示 ，晶體管 Q2 和 Q3 分別是 2N2222A 和 2N2907A ，采用 T0-18 封裝，價(jià) 格不超過(guò)十美分 。它們可以輸出或抽取 800mA 的電流，上升時(shí)間約為 60ns 。圖騰柱上方的 晶體管可以用 PWM 芯片輸出級(jí)的晶體管代替 ，如圖9.6( c ）所示 。雖然它的驅(qū)動(dòng)能力 OOmA ) 比 2N2222A 管小，但一般情況下己經(jīng)足夠了 。
第二代 PWM 芯片，如 Unitrode 公司生產(chǎn)的 UC1525A［坷 ，具有內(nèi)置圖騰柱結(jié)構(gòu) ，它由 NPN 型反相器疊加 NPN 型射極跟隨器組成 。如圖 9.7 ( a ） 所示，射極跟隨器和反相器由相 位相差 180。的信號(hào)驅(qū)動(dòng)，交錯(cuò)導(dǎo)通。通過(guò)使用具有兩個(gè)互相隔離的次級(jí)的變壓器（ 圖 9.7( b) ) 驅(qū)動(dòng)具有不同直流電壓水平的半橋或全橋電路的上 F兩只晶體管。類(lèi)似地 ，推挽電路也可以 驅(qū)動(dòng)具有相同直流電壓的 MOSFET 管。
在圖 9.7 C b ） 中，變壓器初級(jí)連接到 PWM 芯片的 11 腳和 14 腳。在半周期的導(dǎo)通時(shí)間 內(nèi)，11 腳相對(duì)于 14 腳為正 ，并輸出 200mA 電流。11 腳電位對(duì)地約為 ＋（Vh 2)V, 14 腳電位 對(duì)地約為＋2V 。在半周期的死區(qū)時(shí)間內(nèi) ，11 腳和 14 腳都對(duì)地短路 。在下半周期 ，11 腳和 14 腳的極性顛倒 。若初級(jí)電壓為士 lOV ，則供電電壓 vh 應(yīng)約為 14V。
圖 9.7 C a ） 具有圖騰柱輸出 （ 輸出 A 和 B ） 的第二代 PWM 芯片 UC1525A 。它可以吸收或供給 MOSFET 管基極大屯流 （ Unitrode 提供）。C b) A 和 B 的圖騰柱輸出可以驅(qū)動(dòng)大輸入電容 MOS管，即可 以直接驅(qū)動(dòng)?xùn)艠O共地的推挽電路 ，或通過(guò)一個(gè)變壓器驅(qū)動(dòng)?xùn)艠O不共地的半橋或全橋電路
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