功率场效应管在PDP驱动电路中的应用.pptVIP

功率场效应管在PDP驱动电路中的应用 康佳集团　梁宁 * * 2004年11月15日 　　等离子电视（PDP）是利用惰性气体放电产生的真空紫外线VUV，激发低能荧光粉发光来实现彩色图像显示的。PDP工作需要驱动电路产生高压脉冲来驱动屏体电极。PDP驱动电路中存在大量的功率开关器件，并要求功率开关器件有极快的开关速度（包括由导通转向截止的过渡时间Toff，和由截止转向导通的过渡时间Ton），以及大电流、高耐压的要求。 0V 176V 350V -70V PDP部分高压驱动波形 　　场效应管（MOSFET）由于具有如下优点而广泛应用于PDP驱动电路中，这些优点主要是： 　　（1）场效应管是多数载流子导电，不存在少数载流子的存储效应，从而有较高的开关速度。 　　（2）具有较宽的安全工作区而不会产生热点和二次击穿，同时它具有正的温度系数，容易并联使用，可以解决大电流问题。 　　（3）具有较高的开启电压，即阈值电压，因此具有较高的噪声容限和抗干扰能力，给电路设计和调试带来很大的方便。 　　（4）由于它是电压控制器件，具有很高的输入阻抗，因此驱动功率小，而且驱动电路简单。 可见，这些优点是双极晶体管不具备的。 　　PDP驱动电路是一种高压开关电路，电压幅值负几十伏到正几百伏左右，工作频率100~233kHz，驱动电路的设计选型对PDP的画面质量尤为重要。 　　在基于“开关”的驱动电路设计完成后，需要解决两个问题：一是选择合适的MOS管替代驱动电路中的“开关”，二是进行MOS管的栅极驱动电路设计。 K1 Us 基于“开关”的电路 基于“MOS管”的电路 Us K2 K3 M1 M2 M3 M4 说明：K3是“双向”开关，用2只N型MOS管实现。另外，PDP驱动电路中，大多选用性价比高的N型MOS管。 　　MOS管的选型就是选择参数合适的MOS管，使驱动电路能够高效率、稳定地工作，且寿命满足要求。简单地说，就是要求MOS管的过渡过程要足够快，以便减少开关损耗；导通电阻足够小，以便减少导通损耗；关断电阻足够大，以便提高隔离作用，同时兼顾成本因素。 一、MOS管的选型 （1）耐压BVdss(V) （2）最大直流漏电流Id(A) （3）漏源导通电阻Rds(on)(Ω或mΩ) （4）漏极功耗Pd(W) （5）输入电容Ciss(pF) （6）上升时间tr(ns)　导通时间ton(ns)　下降时间tf(ns) 　　 关断时间toff(ns)　反向恢复时间trr(ns) （7）栅极总电荷Qg(nC) （8）沟道温度Tch（℃）　结温度Tj（℃） （9）微分电压dv/dt(V/ns) （10）热阻Rthck(K/W) 　　MOS管的参数很多，达几十个，下面给出了一些设计中要重点考虑的参数，括号内为常用单位： 　　在PDP驱动电路设计中，在Vdss、Id、Pd等满足要求的前提下，Rds(on)、trr、Ciss、Qg参数要认真考虑，Rds(on)为导通电阻，低的导通电阻有助于减少导通损耗，特别是与“能量回收电路”相关的MOS管（图中的M1、M2、M3、M4），低的导通电阻有助于提高能量回收的效率，降低PDP的功耗。 Us M1 M2 M3 M4 L X Cs Cp 　　trr、Ciss、Qg参数影响MOS管的开关速度，低的参数值能够加快MOS管的转换过程，有助于减少MOS管的开关损耗。另外，低的Ciss和Qg参数，能够减少MOS管栅极的驱动功率，简化栅极驱动电路的设计。 　　MOS管存在两种转换过程：一是导通转换过程，二是关断转换过程。 　　右图为MOS管导通转换过程的示意图，导通转换过程分为4个区间，Vgs－t曲线是单调递增的，对应于MOS管栅极电容的充电过程，区间Ⅲ的平台是由于MOS管的密勒电容引起的。可以看出，区间Ⅱ和Ⅲ的电压与电流重叠，是MOS管导通过程功耗最大的区域。 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Id Vds t Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Vgs t Vth 二、MOS管的栅极驱动电路设计。 (a)导通过程，栅极电压Vgs-t曲线 (b)导通过程，漏源电压Vds与漏极电流Id的变化 　　关断转换过程也分为4个区间，Vgs－t曲线是单调递减的，对应于MOS管栅极电容的放电过程，区间Ⅱ的平台也是由于MOS管的密勒电容引起的。可以看出，区间Ⅱ和Ⅲ的电压与电流重叠，是MOS管关断过程功耗最大的区域。 (c)关断过程，栅极电压Vgs-t曲线 (d)关断过程，漏源电压Vds与漏极电流Id的变化 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Id Vds t Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ t Vgs Vth 　　通过以上对MOS管转换过程的分析，得出对MOS管栅极驱动电路的要求： 　　（1）栅极驱动电路的延迟时间要小，有助于减少栅压Vgs的上升时间。 　　（2）栅极驱动电路的输出峰值电流要大，大的峰值电流