P-MOSFET驱动电路要求及优化

P-MOSFET是电压驱动型器件，P-MOSFET的栅源之间有数千皮法左右的极间电容，为快速建立驱动电压，要求驱动电路具有较小的输出电阻。使P-MOSFET开通的栅源极间驱动电压一般取10～15V。在关断时，要求施加一定幅值的负驱动电压（一般取-15～-5V），有利于减小关断时间和关断损耗。

1.对栅极驱动电路的要求

1）具有对地电位可浮动的独立直流电源。

2）提供栅极需要的正、负栅压，栅极电压上升沿与下降沿要陡，而且为提供一定的动态驱动功率，栅极充放电电流也应具有一定量值。

3）电路的输出电阻要小，以提高栅极输入电容充放电速度，缩短功率器件的开关时间。

4）电路一旦发生过载或短路故障时，能快速封锁输入控制信号，并能使栅极电容快速放电，关断P-MOSFET。

5）驱动与前置电路应具有较强的抗干扰能力。理想的P-MOSFET栅极驱动波形如图1-45所示。

图1-45 理想的P-MOSFET栅极驱动波形

2.栅极驱动电路

（1）栅极直接驱动电路

图1-46为两种直接驱动的栅控电路。栅极直接驱动是最简单的一种形式，由于P-MOS-FET的输入阻抗很高，所以可以用TTL器件或CMOS器件直接驱动。

图1-46a在输入信号u_i为高电平时，晶体管VT导通，15V的栅控电源经过VT给P-MOSFET本身的输入电容充电，建立栅控电场，使P-MOSFET快速导通。在输入信号u_i变为低电平时，VT截止，P-MOSFET的输入电容通过二极管VD接地，保证P-MOSFET处于关断状态。由于晶体管VT的放大作用，使充电电流放大，加快了电场的建立，提高了P-MOSFET的导通速度。(www.xing528.com)

图1-46b是推挽式直接驱动电路。当输入信号u_i为高电平时，VT₁导通，P-MOSFET快速导通。当输入信号u_i为低电平时，VT₂导通，输入电容放电，栅极接地，P-MOSFET快速关断。两个晶体管VT₁和VT₂都使输入信号放大，提高了电路的工作速度。它们作为射极输出器工作，不会出现饱和状态，因此信号的传输无延迟。

图1-46 栅极直接驱动电路

a）用一个晶体管直接驱动 b）用推挽电路驱动

（2）栅极隔离驱动电路

栅极隔离驱动电路根据隔离元器件的不同分为电磁隔离（又称磁耦式）和光电隔离（又称光耦式）两种。

脉冲变压器是典型的电磁隔离元器件。图1-47a所示是采用脉冲变压器进行隔离的P-MOSFET驱动电路。当输入信号u_i为正脉冲时，晶体管VT导通，脉冲变压器二次侧产生的正脉冲通过VD₂直接驱动P-MOSFET可提高其开关速度；当u_i为零或负脉冲时，VT截止，脉冲变压器二次侧感应负脉冲。P-MOSFET栅极输入电容通过R₃放电，使其关断。电阻R₃影响P-MOSFET的关断速度，阻值不宜过大，电阻R₄的作用是防止栅极开路。

图1-47 栅极隔离驱动电路

a）电磁隔离驱动电路 b）光电隔离驱动电路

光电隔离的P-MOSFET驱动电路如图1-47b所示。当输入信号u_i为高电平时，晶体管VT₁和光耦合器VL导通，比较器A同相端为高电平，其输出为正信号，晶体管VT₂导通，为P-MOSFET栅极输入电容提供充电电流，P-MOSFET导通；当u_i为低电平时，光耦合器VL不工作，比较器A输出负信号，VT₃导通，P-MOSFET栅极输入电容放电，使其关断。电容C₁为加速电容，C₂为抗干扰电容，C₃使比较器输出的正跳沿延迟，以避免因干扰所导致的P-MOSFET误导通。