資料介紹
本應(yīng)用報告旨在展示一種為高速開關(guān)應(yīng)用設(shè)計的高性能柵極驅(qū)動電路 應(yīng)用非常重要。這是一個內(nèi)容詳實的主題集,可為您提供解決最常見設(shè)計難題的“一站式服務(wù)”。因此,它可為具有不同經(jīng)驗的電子產(chǎn)品工程師提供強(qiáng)大幫助。本報告對目前較為流行的電路解決方案及其性能進(jìn)行了分析,包括寄生器件的影響、瞬態(tài)和極端工作條件。本文從 MOSFET 技術(shù)和開關(guān)運行概述入手,按照由易而難的順序,對各類問題進(jìn)行了闡述。詳細(xì)介紹了接地參考和高側(cè)柵極驅(qū)動電路的設(shè)計流程,以及交流耦合和變壓器隔離解決方案。本報告還包含了一個特殊部分,專門介紹了在同步整流器應(yīng)用中 MOSFET 的柵極驅(qū)動 應(yīng)用非常重要。有關(guān)更多信息,請參閱 MOSFET 和 IGBT 柵極驅(qū)動器概述產(chǎn)品頁。應(yīng)用報告中還列舉了幾個逐步設(shè)計示例。
MOSFET – 是金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管的首字母縮寫詞,它是電子行業(yè)高頻高效開關(guān)領(lǐng)域的 關(guān)鍵 組件。讓人稱奇的是,F(xiàn)ET 技術(shù)發(fā)明于 1930 年,比雙極晶體管要早大約 20 年。第一個信號級 FET 晶體管誕生于 20 世紀(jì) 50 年代末期,而功率 MOSFET 則誕生于 70 年代中期。如今,從微處理器到“分立式”功率晶體管在內(nèi)的各種現(xiàn)代電子組件均集成了數(shù)以百萬計的 MOSFET 晶體管。本報告重點介紹了各種開關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換應(yīng)用中功率 MOSFET 的柵極驅(qū)動 應(yīng)用非常重要。
雙極晶體管和 MOSFET 晶體管的工作原理相同。從根本上說,這兩種晶體管都是電荷控制器件,這就意味著它們的輸出電流與控制電極在半導(dǎo)體中形成的電荷成比例。將這些器件用作開關(guān)時,都必須由能夠提供足夠灌入和拉出電流的低阻抗源來驅(qū)動,以實現(xiàn)控制電荷的快速嵌入和脫出。從這一點來看,在開關(guān)期間,MOSFET 必須以類似于雙極晶體管的形式進(jìn)行“硬”驅(qū)動,以實現(xiàn)可媲美的開關(guān)速度。從理論上來說,雙極晶體管和 MOSFET 器件的開關(guān)速度幾乎相同,這取決于電荷載流子在半導(dǎo)體區(qū)域中傳輸所需的時間。功率器件的典型值大約為 20 至 200 皮秒,具體取決于器件大小。
MOSFET 技術(shù)在數(shù)字和功率應(yīng)用領(lǐng)域的普及 得益于 它與雙極結(jié)晶體管相比所具有的兩個主要優(yōu)勢。其中一個優(yōu)勢是,MOSFET 器件在高頻開關(guān)應(yīng)用中使用 應(yīng)用非常重要。MOSFET 晶體管更加容易驅(qū)動,因為其控制電極與導(dǎo)電器件隔離,所以不需要連續(xù)的導(dǎo)通電流。一旦 MOSFET 晶體管開通,它的驅(qū)動電流幾乎為零。而且,控制電荷大量減少,MOSFET 晶體管的存儲時間也相應(yīng)大幅減少。這基本上消除了導(dǎo)通壓降和關(guān)斷時間之間的設(shè)計權(quán)衡問題,而開通狀態(tài)壓降與控制電荷成反比。因此,與雙極器件相比,MOSFET 技術(shù)預(yù)示著使用更簡單且更高效的驅(qū)動電路帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益。此外,需要特別強(qiáng)調(diào)突出的是,在電源 應(yīng)用中,MOSFET 具有電阻的性質(zhì)。MOSFET 漏源端上的壓降是流入半導(dǎo)體的電流的線性函數(shù)。此線性關(guān)系用 MOSFET 的 RDS(on) 來表征,也稱為導(dǎo)通電阻。導(dǎo)通電阻對指定柵源極電壓和器件溫度來說是恒定的。與 p-n 結(jié) -2.2mV/°C 的溫度系數(shù)不同,MOSFET 的溫度系數(shù)為正值,約為 0.7%/°C 至 1%/°C。正因為 MOSFET 具有此正溫度系數(shù),所以當(dāng)使用單個器件不現(xiàn)實或不可能時,它便是高功率 應(yīng)用中 并行運行的理想之選。由于通道電阻具有正 TC,因此多個并聯(lián) MOSFET 會均勻地分配電流。在多個 MOSFET 上會自動實現(xiàn)電流共享,因為正 TC 的作用相當(dāng)于一種緩慢的負(fù)反饋系統(tǒng)。載流更大的器件會產(chǎn)生更多熱量 - 請別忘了漏源電壓是相等的 – 并且溫度升高會增加其 RDS(on) 值。增加電阻會導(dǎo)致電流減小,從而降低溫度。最終,當(dāng)并聯(lián)器件所承載的電流大小相近時,便達(dá)到平衡狀態(tài)。RDS(on) 值和不同結(jié)至環(huán)境熱阻的初始容差可導(dǎo)致電流分布出現(xiàn)高達(dá) 30% 的重大誤差。
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