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桥式拓扑结构功率MOSFET驱动电路设计

时间:08-01 来源:互联网 点击:
其它措施

考虑到驱动信号振荡主要出现在桥臂一侧MOSFET的关断阶段,即栅源极为零电位时,由PNP三极管的工作原理,在驱动芯片与驱动电阻之间外接PNP三极管,当驱动芯片提供高电平时,三极管不导通,对电路逻辑不造成影响。在驱动芯片提供低电平过程中,当未产生振荡时,三极管基极与集电极电位均近似为零,三极管不工作;当MOSFET栅源极产生振荡时,三极管集电极电位为正,将饱和导通,振荡电压经反并联二极管和三极管迅速泄放,避免了MOSFET误导通。同时在栅源极间并联稳压管,进一步限制栅源极过压。最终改进后驱动电路如图3所示。  
图4是工作频率f为40kHz,MOSFET未加缓冲电路的栅极驱动信号实测波形,此时驱动芯片直接与MOSFET的栅极相连,由于没有考虑分布电感的作用,芯片与MOSFET摆放位置相对较远。实际测得驱动电路分布电感L为135nH,驱动电阻近似为零,从图4中可以看出,改进前振荡的幅值很大,导致MOSFET发热严重,直至过热损坏,逆变器根本无法正常工作。驱动电路改进后,实际测得分布电感L为23.5nH,驱动电阻Rg取为30Ω,并联电容C取为0.01μF。实测栅极驱动波形如图5所示,可以看出改进后的电路很好地解决了栅极驱动信号的振荡问题。  


图4改进前驱动信号波形  


图5改进后驱动信号波形  

结论  

桥式拓扑结构功率MOSFET在开关转换过程中发生的直通现象是由于结电容、驱动电路的分布电感以及开关时产生较高的dv/dt在栅极产生振荡造成的。在分析了栅极驱动信号的振荡机理后,进行了驱动电路的优化设计,在栅源极增加了缓冲电路。与外加负压电路以及有源驱动电路相比,该电路具有实现简单、安全可靠的特点。采用该驱动电路实现的镇流器,长期运行并未发生过热和损坏MOSFET的现象。

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