場效應晶體管是電路保護中不可或缺的重要器件, 常見的各類電子產品中都會用到,因此場效應晶體管被譽為電子產品的保護神,電子元器件行業的瑰寶,可是一直有一個問題困擾著電子行業的工程師,那就是關於場效應晶體管驅動電路設計的問題,一般認為場效應晶體管是電壓驅動的,不需要驅動電流。

然而,在場效應晶體管的G S兩級之間有結電容存在,這個電容會讓驅動場效應晶體管變的神秘了許多。

一、場效應晶體管電壓驅動電路

如果不考慮紋波和EMI等要求的話,場效應晶體管開關速度越快越好,因為開關時間越短,開關損耗越小,而在開關電源中開關損耗佔總損耗的很大一部分,因此場效應晶體管驅動電路的好壞直接決定了電源的效率。

對於一個場效應晶體管,如果把GS之間的電壓從0拉到管子的開啟電壓所用的時間越短,那麼場效應晶體管開啟的速度就會越快。與此類似,如果把場效應晶體管的GS電壓從開啟電壓降到0V的時間越短,那麼場效應晶體管關斷的速度也就越快。

由此我們可以知道,如果想在更短的時間內把GS電壓拉高或者拉低,就要給場效應晶體管柵極更大的瞬間驅動電流。

大家常用的PWM晶元輸出直接驅動場效應晶體管或者用三極體放大後再驅動場效應晶體管的方法,其實在瞬間驅動電流這塊是有很大缺陷的。

比較好的方法是使用專用的場效應晶體管驅動晶元如TC4420來驅動MOS管,這類的晶元一般有很大的瞬間輸出電流,而且還兼容TTL電平輸入,場效應晶體管驅動晶元的內部結構。

二、場效應晶體管驅動電路設計需要注意的地方

因為驅動線路走線會有寄生電感,而寄生電感和場效應晶體管的結電容會組成一個LC振蕩電路,如果直接把驅動晶元的輸出端接到場效應晶體管柵極的話,在PWM波的上升下降沿會產生很大的震蕩,導致場效應晶體管急劇發熱甚至爆炸,一般的解決方法是在柵極串聯10歐左右的電阻,降低LC振蕩電路的Q值,使震蕩迅速衰減掉。

因為場效應晶體管柵極高輸入阻抗的特性,一點點靜電或者干擾都可能導致場效應晶體管誤導通,所以建議在場效應晶體管G S之間並聯一個10K的電阻以降低輸入阻抗。

如果擔心附近功率線路上的干擾耦合過來產生瞬間高壓擊穿場效應晶體管的話,可以在GS之間再並聯一個18V左右的TVS二極體,TVS二極體可以認為是一個反應速度很快的穩壓管,其瞬間可以承受的功率高達幾百至上千瓦,可以用來吸收瞬間的干擾脈衝。

三、場效應晶體管驅動電路的布線設計

場效應晶體管驅動線路的環路面積要儘可能小,否則可能會引入外來的電磁干擾

驅動晶元的旁路電容要盡量靠近驅動晶元的VCC和GND引腳,否則走線的電感會很大程度上影響晶元的瞬間輸出電流。


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