大功率开关电源中功率MOSFET的驱动技术

 

 

功率MOSFET具有导通电阻低、负载电流大的优点，因而非常适合用作开关电源（switch-mode power 
supplies，SMPS）的整流组件，不过，在选用MOSFET时有一些注意事项。 
    功率MOSFET和双极型晶体管不同，它的栅极电容比较大，在导通之前要先对该电容充电，当电容
电压超过阈值电压（VGS-TH）时MOSFET才开始导通。因此，栅极驱动器的负载能力必须足够大，以保
证在系统要求的时间内完成对等效栅极电容（CEI）的充电。 
    在计算栅极驱动电流时，最常犯的一个错误就是将MOSFET的输入电容（CISS）和CEI混为一谈，于
是会使用下面这个公式去计算峰值栅极电流。 
    I = C(dv/dt) 
    实际上，CEI的值比CISS高很多，必须要根据MOSFET生产商提供的栅极电荷（QG）指标计算。 
    QG是MOSFET栅极电容的一部分，计算公式如下： 
    QG = QGS + QGD + QOD 
    其中： 
    QG--总的栅极电荷 
    QGS--栅极-源极电荷 
    QGD--栅极-漏极电荷（Miller） 
    QOD--Miller电容充满后的过充电荷 
    典型的MOSFET曲线如图1所示，很多MOSFET厂商都提供这种曲线。可以看到，为了保证MOSFET导
通，用来对CGS充电的VGS要比额定值高一些，而且CGS也要比VTH高。栅极电荷除以VGS等于CEI，栅极
电荷除以导通时间等于所需的驱动电流（在规定的时间内导通）。 
    用公式表示如下：  
    QG = (CEI)(VGS) 
    IG = QG/t导通 
    其中： 
    ● QG 总栅极电荷，定义同上。 
    ● CEI 等效栅极电容 
    ● VGS 删-源极间电压 
    ● IG 使MOSFET在规定时间内导通所需栅极驱动电流

 

 

图1

 

    以往的SMPS控制器中直接集成了驱动器，这对于某些产品而言非常实用，但是，由于这种驱动器
的输出峰值电流一般小于1A，所以应用范围比较有限。另外，驱动器发出的热还会造成电压基准的漂
移。  
    随着市场对“智能型”电源设备的呼声日渐强烈，人们研制出了功能更加完善的SMPS控制器。这
些新型控制器全部采用精细的CMOS工艺，供电电压低于12V，集成的MOSFET驱动器同时可作为电平变换
器使用，用来将TTL电平转换为MOSFET驱动电平。以TC4427A为例，该器件的输入电压范围（VIL = 
0.8V，VIH = 2.4V）和输出电压范围（与最大电源电压相等，可达18V）满足端到端（rail-to-rail）