优化功率MOSFET栅极驱动技术

1.栅极驱动特点

功率MOSFET作为压控型器件，具有输入阻抗高、驱动功耗小、驱动电路简单的特点。图3-15分别表示了高压变换器的两种输出级，其中MOSFET的安全工作区为7A／900V，驱动电路几乎没有什么部件；而GTR的安全工作区为3A／900V或4.7A／800V，采用了推拉式复合驱动，增加了左侧十几个元件组成驱动电路。

图3-15 高压变换器的两种输出级

a）MOSFET驱动电路 b）GTR驱动电路

2.栅极驱动电路

（1）直接驱动 图3-16a表示了功率MOSFET的TTL栅极直接驱动电路。当VT₁的基极输入高电平信号时，VT₁开通，VT₁的集电极变为低电平，VT₂关断，15V的电源通过电阻R₂给VF充电，当栅源电压变为15V时而导通。

图3-16 功率MOSFET直接驱动电路

a）TTL驱动电路 b）改进驱动电路

当VT₁基极输入低电平时，VT₁关断，VT₁的集电极变为高电平，5V的电源加在VT₂的基-射极，VT₂开通，VT₂流过瞬态栅极放电电流，VF的栅源电压变为低电平，功率MOSFET关断。(www.xing528.com)

此驱动电路的缺点是必须通过R₂充电，延长了开通时间，增加了开通损耗。图3-16b是它的改进电路，通过增加晶体管VT₃，克服开通速度慢的缺点。当VT₁的基极输入高电平信号时，VT₁开通，VT₂关断，VT₃开通，VF的栅极通过晶体管的集-射极直接充电，功率MOSFET的栅源电压快速上升到15V，使其饱和导通。给VF的输入电容充电是通过一个饱和导通的VT₃，而不是R₂，驱动电路的内阻抗减小，减小了开通时间。

当VT₁基极输入低电平信号时，VT₁关断，VT₂开通，VT₂集电极变为低电平，VT₃关断，VF的栅极电荷通过二极管VD₁、VT₂管泄放，VF栅极变为低电平而关断。由于VF的栅极电荷是通过一个饱和导通的晶体管放电，所以关断速度快。

图3-17还分别表示了晶体管互补驱动和MOS管互补驱动的功率MOSFET直接驱动电路。互补输出驱动可提高开关速度。

图3-17 互补输出驱动电路

a）晶体管互补驱动电路 b）MOS管互补驱动电路

（2）隔离驱动 隔离驱动可以实现强、弱电系统之间的电气隔离，不共地从而消除相互影响，减小干扰，提高系统的可靠性。图3-18分别表示了电磁隔离和光电隔离两种隔离驱动电路，其中电磁隔离用的是脉冲变压器，光电隔离用的是光耦合器。

图3-18 隔离驱动电路

a）电磁隔离 b）光电隔离