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大功率开关电源中功率MOSFET的驱动技术 功率MOSFET具有导通电阻低、负载电流大的优点，因而非常适合用作开关电源（switch-mode power supplies，SMPS）的整流组件，不过，在选用MOSFET时有一些注意事项。 功率MOSFET和双极型晶体管不同，它的栅极电容比较大，在导通之前要先对该电容充电，当电容 电压超过阈值电压（VGS-TH）时MOSFET才开始导通。因此，栅极驱动器的负载能力必须足够大，以保 证在系统要求的时间内完成对等效栅极电容（CEI）的充电。 在计算栅极驱动电流时，最常犯的一个错误就是将MOSFET的输入电容（CISS）和CEI混为一谈，于 是会使用下面这个公式去计算峰值栅极电流。 I = C(dv/dt) 实际上，CEI的值比CISS高很多，必须要根据MOSFET生产商提供的栅极电荷（QG）指标计算。 QG是MOSFET栅极电容的一部分，计算公式如下： QG = QGS + QGD + QOD 其中： QG--总的栅极电荷 QGS--栅极-源极电荷 QGD--栅极-漏极电荷（Miller） QOD--Miller电容充满后的过充电荷 典型的MOSFET曲线如图1所示，很多MOSFET厂商都提供这种曲线。可以看到，为了保证MOSFET导 通，用来对CGS充电的VGS要比额定值高一些，而且CGS也要比VTH高。栅极电荷除以VGS等于CEI，栅极 电荷除以导通时间等于所需的驱动电流（在规定的时间内导通）。 用公式表示如下： QG = (CEI)(VGS) IG = QG/t导通 其中： ● QG 总栅极电荷，定义同上。 ● CEI 等效栅极电容 ● VGS 删-源极间电压 ● IG 使MOSFET在规定时间内导通所需栅极驱动电流 图1 以往的SMPS控制器中直接集成了驱动器，这对于某些产品而言非常实用，但是，由于这种驱动器 的输出峰值电流一般小于1A，所以应用范围比较有限。另外，驱动器发出的热还会造成电压基准的漂 移。 随着市场对“智能型”电源设备的呼声日渐强烈，人们研制出了功能更加完善的SMPS控制器。这 些新型控制器全部采用精细的CMOS工艺，供电电压低于12V，集成的MOSFET驱动器同时可作为电平变换 器使用，用来将TTL电平转换为MOSFET驱动电平。以TC4427A为例，该器件的输入电压范围（VIL = 0.8V，VIH = 2.4V）和输出电压范围（与最大电源电压相等，可达18V）满足端到端（rail-to-rail） 输出的要求。 抗锁死能力是一项非常重要的指标，因为MOSFET一般都连接着感性电路，会产生比较强的反向冲 击电流。TC4427型MOSFET驱动器的输出端可以经受高达0.5A的反向电流而不损坏，性能不受丝毫影 响。 另外一个需要注意的问题是对瞬间短路电流的承受能力，对于高频SMPS尤其如此。瞬间短路电流的产 生通常是由于驱动电平脉冲的上升或下降过程太长，或者传输延时过大，这时高压侧和低压侧的 MOSFET在很短的时间里处于同时导通的状态，在电源和地之间形成了短路。瞬间短路电流会显着降低 电源的效率，使用专用的MOSFET驱动器可以从两个方面改善这个问题： 1．MOSFET栅极驱动电平的上升时间和下降时间必须相等，并且尽可能缩短。TC4427型驱动器在配 接1000pF负载的情况下，脉冲上升时间tR和下降时间tF大约是25ns。其他一些输出峰值电流更大的驱 动器的这两项指标还可以更短。 图2 2．驱动脉冲的传播延时必需很短（与开关频率匹配），才能保证高压侧和低压侧的MOSFET具有相 等的导通延迟和截止延迟。