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MOSFET柵極應用電路匯總(驅動、加速、保護、自舉等等)

MOSFET是一種常見的電壓型控制器件,具有開關速度快、高頻性能、輸入阻抗高、噪聲小、驅動功率小、動態范圍大、安全工作區域(SOA)等一系列的優點,因此被廣泛的應用于開關電源、電機控制、電動工具等各行各業。柵極做為MOSFET本身較薄弱的環節,如果電路設計不當,容易造成器件甚至系統的失效,因此發這個帖子將柵極常見的電路整理出來供大家參考討論,也歡迎大家提出自己的觀點。

MOSFET柵極電路常見的作用有以下幾點。

1:去除電路耦合進去的噪音,提高系統的可靠性。

2:加速MOSFET的導通,降低導通損耗。

3:加速MOSFET的關斷,降低關斷損耗。

4:降低MOSFET DI/DT,保護MOSFET同時抑制EMI干擾。

5:保護柵極,防止異常高壓條件下柵極擊穿。

6:增加驅動能力,在較小的信號下,可以驅動MOSFET。

上面是我能想到的柵極電路的作用。歡迎大家將自己想到的也補充進來,下來我會將相應的電路也貼上來,供大家討論。

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小礦石
LV.10
2
2015-04-17 12:59
歡迎樓主繼續
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2015-04-17 14:33

首先說一下電源IC直接驅動,下圖是我們最常用的直接驅動方式,在這類方式中,我們由于驅動電路未做過多處理,因此我們進行PCB  LAYOUT時要盡量進行優化。如縮短ICMOSFET的柵極走線長度,增加走線寬度,盡量將Rg放置在離MOSFET柵極較進的位置,從而達到減少寄生電感,消除噪音的目的。

當然另一個問題我們得考慮,那就是PWM  CONTROLLER的驅動能力,當MOSFET較大時,IC驅動能力較小時,會出現驅動過慢,開關損耗過大甚至不能驅動的問題,這點我們在設計時需要注意。

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2015-04-17 14:54
@semipower_X1
首先說一下電源IC直接驅動,下圖是我們最常用的直接驅動方式,在這類方式中,我們由于驅動電路未做過多處理,因此我們進行PCB LAYOUT時要盡量進行優化。如縮短IC至MOSFET的柵極走線長度,增加走線寬度,盡量將Rg放置在離MOSFET柵極較進的位置,從而達到減少寄生電感,消除噪音的目的。[圖片]當然另一個問題我們得考慮,那就是PWM CONTROLLER的驅動能力,當MOSFET較大時,IC驅動能力較小時,會出現驅動過慢,開關損耗過大甚至不能驅動的問題,這點我們在設計時需要注意。

當然,對于IC內部驅動能力不足的問題我們也可以采用下面的方法來解決。

這種增加驅動能力的方式不僅增加了導通時間,還可以加速關斷時間,同時對控制毛刺及功率損耗由一定的效果。當然這個我們在LAYOUT時要盡量將這兩個管子放的離MOSFET柵極較近的位置。這樣做的好處還有減少了寄生電感,提高了電路的抗干擾性。

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2015-04-17 15:34
@semipower_X1
當然,對于IC內部驅動能力不足的問題我們也可以采用下面的方法來解決。[圖片]這種增加驅動能力的方式不僅增加了導通時間,還可以加速關斷時間,同時對控制毛刺及功率損耗由一定的效果。當然這個我們在LAYOUT時要盡量將這兩個管子放的離MOSFET柵極較近的位置。這樣做的好處還有減少了寄生電感,提高了電路的抗干擾性。

如果我們單單要增加MOSFET的關斷速度,那么我們可以采用下面的方式來進行。

關斷電流比較大時,能使MOSFET輸入電容放電速度更快,從而降低關斷損耗。大的放電電流可以通過選擇低輸出阻抗的MOSFET或N溝道的負的截止的電壓器件來實現,最常用的就是加加速二極管。

柵極關斷時,電流在電阻上產生的壓降大于二極管導通壓降時,這時二極管會導通,從而將電阻進行旁路,導通后,隨著電流的減小,二極管在電路中的作用越來越小,該電路作用會顯著的減小MOSFET關斷的延遲時間。

當然這個電路有一定的缺點,那就是柵極的電流仍然需要留過IC內部的輸出驅動阻抗,這有什么辦法解決呢?

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關中人
LV.2
6
2015-04-17 16:04
@semipower_X1
如果我們單單要增加MOSFET的關斷速度,那么我們可以采用下面的方式來進行。[圖片]關斷電流比較大時,能使MOSFET輸入電容放電速度更快,從而降低關斷損耗。大的放電電流可以通過選擇低輸出阻抗的MOSFET或N溝道的負的截止的電壓器件來實現,最常用的就是加加速二極管。柵極關斷時,電流在電阻上產生的壓降大于二極管導通壓降時,這時二極管會導通,從而將電阻進行旁路,導通后,隨著電流的減小,二極管在電路中的作用越來越小,該電路作用會顯著的減小MOSFET關斷的延遲時間。當然這個電路有一定的缺點,那就是柵極的電流仍然需要留過IC內部的輸出驅動阻抗,這有什么辦法解決呢?
樓主繼續
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gzy830515
LV.2
7
2015-04-20 09:05
多謝樓主,內容應該還沒完吧,看到的都是驅動電路,能否將柵極保護電路也加進來。
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2015-04-20 13:27

多謝各位關注,剛剛開貼,從簡單到復雜,先粗略整理發上來,后續內容還會比較多,先看看各位大俠的觀點,等帖子最終完成后會將帖子內容及各位的討論整理成文檔供大家參考。

后續會加入保護電路的,基本每兩個工作日會保證一次更新,歡迎大家將自己柵極驅動、加速、保護、自舉等的相關電路也上傳上來,共同學習進步。

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001pp
LV.5
9
2015-04-21 08:28
@semipower_X1
多謝各位關注,剛剛開貼,從簡單到復雜,先粗略整理發上來,后續內容還會比較多,先看看各位大俠的觀點,等帖子最終完成后會將帖子內容及各位的討論整理成文檔供大家參考。后續會加入保護電路的,基本每兩個工作日會保證一次更新,歡迎大家將自己柵極驅動、加速、保護、自舉等的相關電路也上傳上來,共同學習進步。
麻煩樓主介紹下自舉電路,最近在做逆變器剛好要用,謝謝
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2015-04-21 09:27

再來談以下PNP加速關斷電路

PNP加速關斷電路是目前應用最多的電路,在加速三級管的作用下可以實現瞬間的柵源短路,從而達到最短的放電時間,之所以加二極管一方面是保護三級管基極,另一方面是為導通電流提供回路及偏置,該電路的優點為可以近似達到推拉的效果加速效果明顯,缺點為柵極由于經過兩個PN節,不能是柵極真正的達到0伏。

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2015-04-21 11:23
@001pp
麻煩樓主介紹下自舉電路,最近在做逆變器剛好要用,謝謝
后續會添加自舉應用,感謝營長關注
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2015-04-22 09:25

當源極輸出為高電壓的情況先,我們需要采用偏置電路達到電路工作的目的,既我們以源極為參考點,搭建偏置電路,驅動電壓在兩個電壓之間波動,驅動電壓偏差由低電壓提供,如下圖所示。

當然,這個圖有點問題,不知道有沒有哪位大俠看出來?歡迎指正

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001pp
LV.5
13
2015-04-22 09:32
@semipower_X1
當源極輸出為高電壓的情況先,我們需要采用偏置電路達到電路工作的目的,既我們以源極為參考點,搭建偏置電路,驅動電壓在兩個電壓之間波動,驅動電壓偏差由低電壓提供,如下圖所示。[圖片]當然,這個圖有點問題,不知道有沒有哪位大俠看出來?歡迎指正
樓主,能否傳個實際的逆變器自舉電路參考下,非常感謝
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cjw318
LV.7
14
2015-04-22 14:28
@semipower_X1
當源極輸出為高電壓的情況先,我們需要采用偏置電路達到電路工作的目的,既我們以源極為參考點,搭建偏置電路,驅動電壓在兩個電壓之間波動,驅動電壓偏差由低電壓提供,如下圖所示。[圖片]當然,這個圖有點問題,不知道有沒有哪位大俠看出來?歡迎指正

問題就是“驅動電源”需要懸浮,要以MOS的源極共“地”。

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2015-04-23 09:19
@001pp
樓主,能否傳個實際的逆變器自舉電路參考下,非常感謝

營長你好,上傳一個實際的自舉逆變圖,供參考。

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lophyer
LV.2
16
2015-04-23 15:52
請問樓主針對變壓器驅動MOS相關電路應該注意什么,盡可能說的細致些哦。。。。。。
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關中人
LV.2
17
2015-04-24 23:23
@lophyer
請問樓主針對變壓器驅動MOS相關電路應該注意什么[圖片],盡可能說的細致些哦。。。。。。
比較分散,這種基礎性的資料建議樓主整理成下載保本,整理全面點,對初學者很有益處
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2015-04-26 20:30
歡迎樓主繼續,我現在也在一塊的工作,IGBT的驅動電路硬件設計。
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2015-04-27 10:05
@cjw318
問題就是“驅動電源”需要懸浮,要以MOS的源極共“地”。
旅長厲害,稍后將正確的圖紙上傳供大家參考。
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2015-04-27 10:06
@皇甫仁和
歡迎樓主繼續,我現在也在一塊的工作,IGBT的驅動電路硬件設計。

多謝連長關注,回頭我會持續更新。

能否將您的心得及驅動相關資料上傳供大家學習呢,先代表大伙謝謝你了

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2015-04-27 17:05
@cjw318
問題就是“驅動電源”需要懸浮,要以MOS的源極共“地”。

這個是正確的圖紙。供各位參考

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tomkingwang
LV.4
22
2015-04-27 17:13

請樓主回復分享下PMOS的驅動電路,關斷,及對應的如NMOS設計參數

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2015-04-27 23:12
@semipower_X1
多謝連長關注,回頭我會持續更新。能否將您的心得及驅動相關資料上傳供大家學習呢,先代表大伙謝謝你了
我現在是在公司實習,主要做IGBT的驅動硬件部分,公司的驅動注重于保護,還有就是變門極驅動(不同的IGBT它的門級驅動電阻不一樣)剛到公司一個月。
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001pp
LV.5
24
2015-04-29 08:12
@tomkingwang
請樓主回復分享下PMOS的驅動電路,關斷,及對應的如NMOS設計參數
馬克下
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2015-04-30 14:33

為了滿足安全隔離的要求或者提供高端浮動柵極驅動經常會采用變壓器驅動。這種驅動將驅動控制和MOSFET進行了隔離,可以應用到低壓及高壓電路中去,如下圖所示

變壓器驅動說白了就是隔離驅動,當然現在也有專門的驅動IC可以解決,但變壓器驅動有自己的特點使得很多人一直在堅持用。

圖中耦合電容的作用是為磁化的磁芯提供復位電壓,如果沒有這個電容,會出現磁飽和。

與電容串聯的電阻的作用是為了防止占空比突然變化形成LC的震蕩,因此加這個電阻進行緩解。

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2015-04-30 15:09
@lophyer
請問樓主針對變壓器驅動MOS相關電路應該注意什么[圖片],盡可能說的細致些哦。。。。。。
變壓器驅動在后面25樓會有簡單介紹,先大致將有關驅動的知識點都發出來,最終也會整理成可下載的PDF文檔供大家參考。多謝關注
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2015-04-30 20:43
@semipower_X1
為了滿足安全隔離的要求或者提供高端浮動柵極驅動經常會采用變壓器驅動。這種驅動將驅動控制和MOSFET進行了隔離,可以應用到低壓及高壓電路中去,如下圖所示[圖片]變壓器驅動說白了就是隔離驅動,當然現在也有專門的驅動IC可以解決,但變壓器驅動有自己的特點使得很多人一直在堅持用。圖中耦合電容的作用是為磁化的磁芯提供復位電壓,如果沒有這個電容,會出現磁飽和。與電容串聯的電阻的作用是為了防止占空比突然變化形成LC的震蕩,因此加這個電阻進行緩解。

后面加了一個PNP的三極管,加快關斷速度

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2015-04-30 20:46
@tomkingwang
請樓主回復分享下PMOS的驅動電路,關斷,及對應的如NMOS設計參數
應該經常使用的是NMOS吧!PMOS用的多么?
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2015-05-04 09:23
@皇甫仁和
[圖片]后面加了一個PNP的三極管,加快關斷速度
多謝連長,歡迎分享更多的資料,大家一起學習進步。
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禪悅行
LV.2
30
2015-05-04 13:36
@semipower_X1
多謝連長,歡迎分享更多的資料,大家一起學習進步。
不錯的基礎知識,只是比較分散,看起來比較費勁。
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2015-05-05 17:16
@lophyer
請問樓主針對變壓器驅動MOS相關電路應該注意什么[圖片],盡可能說的細致些哦。。。。。。

1:變壓器絕緣要做好。

2:減少漏感。

3;確保不出現直流分量,防止磁飽和。

4:注意磁復位時間。

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