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MOSFET栅极应用电路汇总(驱动、加速、保护、自举等等)

MOSFET是一种常见的电压型控制器件,具有开关速度快、高频性能、输入阻抗高、噪声小、驱动功率小、动态范围大、安全工作区域(SOA)等一系列的优点,因此被广泛的应用于开关电源、电机控制、电动工具等各行各业。栅极做为MOSFET本身较薄弱的环节,如果电路设计不当,容易造成器件甚至系统的失效,因此发这个帖子将栅极常见的电路整理出来供大家参考讨论,也欢迎大家提出自己的观点。

MOSFET栅极电路常见的作用有以下几点。

1:去除电路耦合进去的噪音,提高系统的可靠性。

2:加速MOSFET的导通,降低导通损耗。

3:加速MOSFET的关断,降低关断损耗。

4:降低MOSFET DI/DT,保护MOSFET同时抑制EMI干扰。

5:保护栅极,防止异常高压条件下栅极击穿。

6:增加驱动能力,在较小的信号下,可以驱动MOSFET。

上面是我能想到的栅极电路的作用。欢迎大家将自己想到的也补充进来,下来我会将相应的电路也贴上来,供大家讨论。

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小矿石
LV.10
2
2015-04-17 12:59
欢迎楼主继续
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2015-04-17 14:33

首先说一下电源IC直接驱动,下图是我们最常用的直接驱动方式,在这类方式中,我们由于驱动电路未做过多处理,因此我们进行PCB  LAYOUT时要尽量进行优化。如缩短ICMOSFET的栅极走线长度,增加走线宽度,尽量将Rg放置在离MOSFET栅极较进的位置,从而达到减少寄生电感,消除噪音的目的。

当然另一个问题我们得考虑,那就是PWM  CONTROLLER的驱动能力,当MOSFET较大时,IC驱动能力较小时,会出现驱动过慢,开关损耗过大甚至不能驱动的问题,这点我们在设计时需要注意。

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2015-04-17 14:54
@semipower_X1
首先说一下电源IC直接驱动,下图是我们最常用的直接驱动方式,在这类方式中,我们由于驱动电路未做过多处理,因此我们进行PCB LAYOUT时要尽量进行优化。如缩短IC至MOSFET的栅极走线长度,增加走线宽度,尽量将Rg放置在离MOSFET栅极较进的位置,从而达到减少寄生电感,消除噪音的目的。[图片]当然另一个问题我们得考虑,那就是PWM CONTROLLER的驱动能力,当MOSFET较大时,IC驱动能力较小时,会出现驱动过慢,开关损耗过大甚至不能驱动的问题,这点我们在设计时需要注意。

当然,对于IC内部驱动能力不足的问题我们也可以采用下面的方法来解决。

这种增加驱动能力的方式不仅增加了导通时间,还可以加速关断时间,同时对控制毛刺及功率损耗由一定的效果。当然这个我们在LAYOUT时要尽量将这两个管子放的离MOSFET栅极较近的位置。这样做的好处还有减少了寄生电感,提高了电路的抗干扰性。

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2015-04-17 15:34
@semipower_X1
当然,对于IC内部驱动能力不足的问题我们也可以采用下面的方法来解决。[图片]这种增加驱动能力的方式不仅增加了导通时间,还可以加速关断时间,同时对控制毛刺及功率损耗由一定的效果。当然这个我们在LAYOUT时要尽量将这两个管子放的离MOSFET栅极较近的位置。这样做的好处还有减少了寄生电感,提高了电路的抗干扰性。

如果我们单单要增加MOSFET的关断速度,那么我们可以采用下面的方式来进行。

关断电流比较大时,能使MOSFET输入电容放电速度更快,从而降低关断损耗。大的放电电流可以通过选择低输出阻抗的MOSFET或N沟道的负的截止的电压器件来实现,最常用的就是加加速二极管。

栅极关断时,电流在电阻上产生的压降大于二极管导通压降时,这时二极管会导通,从而将电阻进行旁路,导通后,随着电流的减小,二极管在电路中的作用越来越小,该电路作用会显著的减小MOSFET关断的延迟时间。

当然这个电路有一定的缺点,那就是栅极的电流仍然需要留过IC内部的输出驱动阻抗,这有什么办法解决呢?

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关中人
LV.2
6
2015-04-17 16:04
@semipower_X1
如果我们单单要增加MOSFET的关断速度,那么我们可以采用下面的方式来进行。[图片]关断电流比较大时,能使MOSFET输入电容放电速度更快,从而降低关断损耗。大的放电电流可以通过选择低输出阻抗的MOSFET或N沟道的负的截止的电压器件来实现,最常用的就是加加速二极管。栅极关断时,电流在电阻上产生的压降大于二极管导通压降时,这时二极管会导通,从而将电阻进行旁路,导通后,随着电流的减小,二极管在电路中的作用越来越小,该电路作用会显著的减小MOSFET关断的延迟时间。当然这个电路有一定的缺点,那就是栅极的电流仍然需要留过IC内部的输出驱动阻抗,这有什么办法解决呢?
楼主继续
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gzy830515
LV.2
7
2015-04-20 09:05
多谢楼主,内容应该还没完吧,看到的都是驱动电路,能否将栅极保护电路也加进来。
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2015-04-20 13:27

多谢各位关注,刚刚开贴,从简单到复杂,先粗略整理发上来,后续内容还会比较多,先看看各位大侠的观点,等帖子最终完成后会将帖子内容及各位的讨论整理成文档供大家参考。

后续会加入保护电路的,基本每两个工作日会保证一次更新,欢迎大家将自己栅极驱动、加速、保护、自举等的相关电路也上传上来,共同学习进步。

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001pp
LV.5
9
2015-04-21 08:28
@semipower_X1
多谢各位关注,刚刚开贴,从简单到复杂,先粗略整理发上来,后续内容还会比较多,先看看各位大侠的观点,等帖子最终完成后会将帖子内容及各位的讨论整理成文档供大家参考。后续会加入保护电路的,基本每两个工作日会保证一次更新,欢迎大家将自己栅极驱动、加速、保护、自举等的相关电路也上传上来,共同学习进步。
麻烦楼主介绍下自举电路,最近在做逆变器刚好要用,谢谢
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2015-04-21 09:27

再来谈以下PNP加速关断电路

PNP加速关断电路是目前应用最多的电路,在加速三级管的作用下可以实现瞬间的栅源短路,从而达到最短的放电时间,之所以加二极管一方面是保护三级管基极,另一方面是为导通电流提供回路及偏置,该电路的优点为可以近似达到推拉的效果加速效果明显,缺点为栅极由于经过两个PN节,不能是栅极真正的达到0伏。

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2015-04-21 11:23
@001pp
麻烦楼主介绍下自举电路,最近在做逆变器刚好要用,谢谢
后续会添加自举应用,感谢营长关注
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2015-04-22 09:25

当源极输出为高电压的情况先,我们需要采用偏置电路达到电路工作的目的,既我们以源极为参考点,搭建偏置电路,驱动电压在两个电压之间波动,驱动电压偏差由低电压提供,如下图所示。

当然,这个图有点问题,不知道有没有哪位大侠看出来?欢迎指正

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001pp
LV.5
13
2015-04-22 09:32
@semipower_X1
当源极输出为高电压的情况先,我们需要采用偏置电路达到电路工作的目的,既我们以源极为参考点,搭建偏置电路,驱动电压在两个电压之间波动,驱动电压偏差由低电压提供,如下图所示。[图片]当然,这个图有点问题,不知道有没有哪位大侠看出来?欢迎指正
楼主,能否传个实际的逆变器自举电路参考下,非常感谢
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cjw318
LV.7
14
2015-04-22 14:28
@semipower_X1
当源极输出为高电压的情况先,我们需要采用偏置电路达到电路工作的目的,既我们以源极为参考点,搭建偏置电路,驱动电压在两个电压之间波动,驱动电压偏差由低电压提供,如下图所示。[图片]当然,这个图有点问题,不知道有没有哪位大侠看出来?欢迎指正

问题就是“驱动电源”需要悬浮,要以MOS的源极共“地”。

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2015-04-23 09:19
@001pp
楼主,能否传个实际的逆变器自举电路参考下,非常感谢

营长你好,上传一个实际的自举逆变图,供参考。

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lophyer
LV.2
16
2015-04-23 15:52
请问楼主针对变压器驱动MOS相关电路应该注意什么,尽可能说的细致些哦。。。。。。
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关中人
LV.2
17
2015-04-24 23:23
@lophyer
请问楼主针对变压器驱动MOS相关电路应该注意什么[图片],尽可能说的细致些哦。。。。。。
比较分散,这种基础性的资料建议楼主整理成下载保本,整理全面点,对初学者很有益处
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2015-04-26 20:30
欢迎楼主继续,我现在也在一块的工作,IGBT的驱动电路硬件设计。
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2015-04-27 10:05
@cjw318
问题就是“驱动电源”需要悬浮,要以MOS的源极共“地”。
旅长厉害,稍后将正确的图纸上传供大家参考。
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2015-04-27 10:06
@皇甫仁和
欢迎楼主继续,我现在也在一块的工作,IGBT的驱动电路硬件设计。

多谢连长关注,回头我会持续更新。

能否将您的心得及驱动相关资料上传供大家学习呢,先代表大伙谢谢你了

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2015-04-27 17:05
@cjw318
问题就是“驱动电源”需要悬浮,要以MOS的源极共“地”。

这个是正确的图纸。供各位参考

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

请楼主回复分享下PMOS的驱动电路,关断,及对应的如NMOS设计参数

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2015-04-27 23:12
@semipower_X1
多谢连长关注,回头我会持续更新。能否将您的心得及驱动相关资料上传供大家学习呢,先代表大伙谢谢你了
我现在是在公司实习,主要做IGBT的驱动硬件部分,公司的驱动注重于保护,还有就是变门极驱动(不同的IGBT它的门级驱动电阻不一样)刚到公司一个月。
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001pp
LV.5
24
2015-04-29 08:12
@tomkingwang
请楼主回复分享下PMOS的驱动电路,关断,及对应的如NMOS设计参数
马克下
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2015-04-30 14:33

为了满足安全隔离的要求或者提供高端浮动栅极驱动经常会采用变压器驱动。这种驱动将驱动控制和MOSFET进行了隔离,可以应用到低压及高压电路中去,如下图所示

变压器驱动说白了就是隔离驱动,当然现在也有专门的驱动IC可以解决,但变压器驱动有自己的特点使得很多人一直在坚持用。

图中耦合电容的作用是为磁化的磁芯提供复位电压,如果没有这个电容,会出现磁饱和。

与电容串联的电阻的作用是为了防止占空比突然变化形成LC的震荡,因此加这个电阻进行缓解。

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2015-04-30 15:09
@lophyer
请问楼主针对变压器驱动MOS相关电路应该注意什么[图片],尽可能说的细致些哦。。。。。。
变压器驱动在后面25楼会有简单介绍,先大致将有关驱动的知识点都发出来,最终也会整理成可下载的PDF文档供大家参考。多谢关注
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2015-04-30 20:43
@semipower_X1
为了满足安全隔离的要求或者提供高端浮动栅极驱动经常会采用变压器驱动。这种驱动将驱动控制和MOSFET进行了隔离,可以应用到低压及高压电路中去,如下图所示[图片]变压器驱动说白了就是隔离驱动,当然现在也有专门的驱动IC可以解决,但变压器驱动有自己的特点使得很多人一直在坚持用。图中耦合电容的作用是为磁化的磁芯提供复位电压,如果没有这个电容,会出现磁饱和。与电容串联的电阻的作用是为了防止占空比突然变化形成LC的震荡,因此加这个电阻进行缓解。

后面加了一个PNP的三极管,加快关断速度

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2015-04-30 20:46
@tomkingwang
请楼主回复分享下PMOS的驱动电路,关断,及对应的如NMOS设计参数
应该经常使用的是NMOS吧!PMOS用的多么?
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2015-05-04 09:23
@皇甫仁和
[图片]后面加了一个PNP的三极管,加快关断速度
多谢连长,欢迎分享更多的资料,大家一起学习进步。
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禅悦行
LV.2
30
2015-05-04 13:36
@semipower_X1
多谢连长,欢迎分享更多的资料,大家一起学习进步。
不错的基础知识,只是比较分散,看起来比较费劲。
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2015-05-05 17:16
@lophyer
请问楼主针对变压器驱动MOS相关电路应该注意什么[图片],尽可能说的细致些哦。。。。。。

1:变压器绝缘要做好。

2:减少漏感。

3;确保不出现直流分量,防止磁饱和。

4:注意磁复位时间。

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