1、 功率驱动电路设计一、功率场效应晶体管（一、功率场效应晶体管（MOSFET）1 1、功率场效应晶体管结构特点、功率场效应晶体管结构特点图1-1 电力MOSFET的结构和电气图形符号p功率功率MOSFET是一种单极性器件，导通时只有一种是一种单极性器件，导通时只有一种极性的载流子（多子）参与导电。（如极性的载流子（多子）参与导电。（如N型型MOS管，管，多子是电子）多子是电子）p功率功率MOSFET是一种集成器件，也就是说一个功率是一种集成器件，也就是说一个功率MOS管通常有许多元细胞并联而成。（一个管通常有许多元细胞并联而成。（一个40A的的管子由上万个单元并联而成）。管子由上万个单元并联而成
2、p栅极与基片之间用栅极与基片之间用SiO2隔离，因此它同其它两个隔离，因此它同其它两个极之间是绝缘的，故极之间是绝缘的，故MOS管输入阻抗非常高。管输入阻抗非常高。pMOS管的极间电容比较大，尤其它的输入电容可管的极间电容比较大，尤其它的输入电容可达几百达几百PF。2.MOS管主要技术参数管主要技术参数 p 漏源电压漏源电压BVDS MOSFET的工作电压主要由的工作电压主要由MOS管的漏极击管的漏极击穿电压穿电压BVDS决定，决定，而而BVDS又是又是J1结的反偏电压极结的反偏电压极限值。限值。BVDS随温度而变化，在一定的范围内大约随温度而变化，在一定的范围内大约结温度每升高结温度每升
3、高10，BVDS增加增加1%，也就是说结温，也就是说结温上升，耐压值也上升。（而双极型晶体管则相反）。上升，耐压值也上升。（而双极型晶体管则相反）。p最大漏极电流最大漏极电流IDmax 标称标称MOS管电流额定参数。管电流额定参数。MOS管的额定管的额定电流主要由沟道宽度决定，提高电流主要由沟道宽度决定，提高IDmax主要靠增主要靠增加单位管芯面积的沟道宽度。加单位管芯面积的沟道宽度。p阈值电压阈值电压VGS（th）（）（开启电压）开启电压）当外加栅极电压当外加栅极电压VGS（th）时，漏区和源区的表时，漏区和源区的表面反型层形成了连接的沟道。一般面反型层形成了连接的沟道。一般MOS管的开启管
4、的开启电压为电压为2-4V。p导通电阻（导通电阻（导通电阻（导通电阻（RonRon）相当于双极型器件的饱和电阻，它主要有沟道相当于双极型器件的饱和电阻，它主要有沟道相当于双极型器件的饱和电阻，它主要有沟道相当于双极型器件的饱和电阻，它主要有沟道电阻电阻电阻电阻RcRc和漂移区电阻和漂移区电阻和漂移区电阻和漂移区电阻RdRd所决定。所决定。所决定。所决定。p最高工作频率最高工作频率最高工作频率最高工作频率f fmm 在漏极电压在漏极电压在漏极电压在漏极电压VDSVDS的作用下，电子从源区出发，的作用下，电子从源区出发，的作用下，电子从源区出发，的作用下，电子从源区出发，通过沟道到达漏区需要一定的
5、时间。当控制信号的通过沟道到达漏区需要一定的时间。当控制信号的通过沟道到达漏区需要一定的时间。当控制信号的通过沟道到达漏区需要一定的时间。当控制信号的周期与此时间相当时，电子就来不及跟随信号变化，周期与此时间相当时，电子就来不及跟随信号变化，周期与此时间相当时，电子就来不及跟随信号变化，周期与此时间相当时，电子就来不及跟随信号变化，这个信号的频率就是这个信号的频率就是这个信号的频率就是这个信号的频率就是VMOSVMOS管的最高工作频率管的最高工作频率管的最高工作频率管的最高工作频率f fmm。p极间电容功率场效应管极间电容是影响器件开关频率的主要因素。三个极间电容如图1-14所示。输入电容：C
6、iss=CGS+CGD输出电容：Coss=CDS+CGD图图12二、二、LED及继电器驱动及继电器驱动1、LED显示器驱动A、动态显示 LED显示可选择动态扫描显示，或选74LS164移位寄存器作静态显示。目前普通LED发光管的最大驱动电流为20MA，故可取每段发光管的最大驱动电流为IF=2.5mA。B、静态显示用74LS164，74LS164每路输出端最大灌电流为8mA,(但电源端最大工作电流为54mA).故取:2、继电器驱动A、用分立元件可取继电器工作电流50mA,三极管放大倍数为100则:B、用达林顿集成电路驱动 如果系统中有多个信号继电器需要驱动,可考虑用ULN2000系列达林顿驱动集
7、成电路。8路达林顿驱动芯片ULN2800系列:三、功率三、功率MOS管驱动电路设计管驱动电路设计 驱动电路驱动电路驱动电路驱动电路主电路与控制电路之间的桥梁。主电路与控制电路之间的桥梁。性能良好的驱动电路，可使电力电子器件工作性能良好的驱动电路，可使电力电子器件工作在较理想的开关状态，缩短开关时间，减小开关损在较理想的开关状态，缩短开关时间，减小开关损耗，对提高装置的运行效率、可靠性和安全性都有耗，对提高装置的运行效率、可靠性和安全性都有重要意义。重要意义。功率功率MOSMOS管驱动电路的主要作用有：管驱动电路的主要作用有：p 电平转移电平转移p 电流放大电流放大p 电气隔离电气隔离p 故障保
8、护故障保护A、用分立元件构成的驱动电路 采用上述分立元件电路的优点是成本低,缺点是驱动电路自身功耗大，波形上升沿和下降沿都不够陡。解决驱动电路自身功耗大的方法是用小功率MOS管如2N7000（60V/0.2A,N)代替S8050,用NTK3142(-20V/0.28A,P)代替S8550。改善MOS管栅极驱动波形的办法只能是加大它栅极驱动电流。B、低端MOS管的驱动采用IR4427的双路低端驱动C、高端MOS管驱动电路D、MOS管半桥驱动电路E、MOS管全桥驱动电路全桥驱动可用2片半桥驱动集成电路（IR2110）：F、自带振荡电路的全桥驱动芯片G、D类功放驱动电路四、直流电机驱动四、直流电机驱
9、动 传统小功率直流电机控制采用线性集成电路如LB298，但功耗太大，为此可采用开关集成电路。五、步进电机驱动五、步进电机驱动名称:24BYJ48-01额定电压12VDC相数4减速比1/64步距角5.625/64直流电阻507%(25)空载牵入频率600Hz空载牵出频率1000Hz 控制极 1 2 3 4 5 6 7 8 5 +4 -3 -2 -1 -节拍：1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 脉冲时序图：5：4：3：2：1：基于单片机的控制的步进电路驱动电路：功率驱动集成电路主要生产商功率驱动集成电路主要生产商:WWW.IRF.COMWWW.ST.COMWWW.NXP.COMWWW.ONSEMI.COMWWW.FAIRCHILDSEMI.COM
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