一种功率MOSFET驱动电路

蒋吉强

提出了一种功率MOSFET驱动电路。首先介绍了MOSFET的驱动要求及驱动不足产生的影响，然后介绍了一种外置式转换驱动电压的驱动电路，最后通过仿真验证了外置式转换驱动电压的驱动电路。

【关键词】驱动电压 转换电路 损耗 驱动不足

1 引言

功率MOSFET的驱动电路是影响整个电路系统可靠性和稳定性的重要因数，在半导体技术高速发展的今天，MOSFET的规格越来越多，不同规格MOSFET的G极驅动要求也有差异。

1.1 MOSFET的G极驱动电压

MOSFET的G极驱动要求中，有一项技术参数Vgs(th)，阈值电压通常低压MOSFET的Vgs(th)在4V以内，高压MOSFET的Vgs(th)则通常在3-5V之间，驱动电路必需满足Vgs(th)的要求，电路才能可靠稳定的工作。

1.2 MOSFET驱动电压不足的影响

随着集成电路的高速发展，由早期的分立器件演变到模拟集成电路，模拟集成电路的驱动电压通常可以做到10V以上，能满足MOSFET的驱动要求的。随着电路芯片集成度越来越高，各种保护检测都集成到芯片内部，芯片厂商普遍采用MCU单片机的方案来实现，电源电路芯片也都趋向于使用此方案，然而MCU通常的VCC供电电压为5V以内，加上内部的导通压降及外围驱动电路的损耗，到Vgs的电压可能只有4V左右，如果使用简单的驱动电路，一些MOSFET就会出现驱动不足的现象,由于驱动电压低，MOSFET没有饱和导通，处于放大态，DS电压高，电流大，此时MOSFET的损耗很大，会过热损坏，最终导致电路失效。

2 研究内容

基于以上分析，需要寻求一种外置式的转换电路，将MCU输出的驱动电压由4-5V提高到满足MOSFET Vgs要求。

2.1 驱动电压提高转换电路

利用我们下面介绍的驱动电压提高转换电路（图1），驱动电压由芯片驱动输出电压转换成外置电压，其中外置电压可根据MOSFET的Vgs要求来设定，根据MOSFET的其他参数设定R7、，C2、R9、C1的参数，调整MOSFET驱动上升和下降的斜率，满足MOSFET的驱动要求，增强了电路的可靠性。

2.2 工作原理

图1中V1为MCU驱动输出，一般为高低电平方波，高电平大于2.5V，低电平小于1V；V2为外置电压源，可肯定使用的MOSFET的规格来设定外置电压源电压；Q5为小电流NMOSFET，驱动电压要求小于2.5V；Q3为PNP三极管；Q1为NPN三极管，Q2为要确定的大电流高压功率MOSFET。当V1为高电平时（大于2.5V），Q5导通，通过R7、C2，Q3饱和导通，通过D1，R9、C1，Q1截止，V2电压加到Q2的Vgs端，Q2的驱动电压由V1转换为V2，Q2饱和导通；当V1输出低电平时（小于1V），Q5的Vg没有达到Q5的开通电压，Q5截止，Q3B极为高电平（V2电压）Q3截止，Q1通过R3、R9、C1，Q1饱和导通，Q2的Vgs被拉到零电位，Q2截止。从原理上分析图5电路可以满足低电压转换为较高电压（电压V2大于电压V1）。

2.3 仿真验证

可以用仿真软件来验证下上面所介绍的转换电路，仿真驱动电压由5V转换到12V的电路（图2），V1输出驱动电压5V，V2输出电压12V，仿真器件参数如图2所示。

再看下仿真的驱动波形（图3），此电路很好的实现了驱动电压提高的转换，驱动电压由5V提高到12V, 驱动上升与下降的斜率在可接受的范围。

再来看下MOSFET的DS电压和电流的仿真波形（图4），从图中可知在驱动电压为高时，MOSFET饱和导通，DS电压为零，没有出现驱动不足的现象。

3 结论

通过简单而且成本低廉的方式实现电平的转换，增加电路的可靠性和稳定性，对目前主流的MCU控制方案的广泛应用起到一定的促进作用。

参考文献

[1]张占松,蔡宣三.开关电源的原理与设计[M].北京：电子工业出版社,1998.

[2]梁竹关，赵东风. MOS管集成电路设计[M].北京：科学出版社,2011.

[3]包伟,蔡宣三.用PSPICE仿真研究PWM开关电源,电工电能新技术[J].电工电能新技术,1995(2):25-29.

作者单位

广东长虹电子有限公司 广东省中山市 528400