電源mos-電源mos管驅(qū)動電路如何選用-詳解分析-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2018-01-10
介紹幾個模塊電源中常用的MOSFET驅(qū)動電路。
圖 1 IC直接驅(qū)動MOSFET
電源IC直接驅(qū)動是我們最常用的驅(qū)動方式，同時也是最簡單的驅(qū)動方式，使用這種驅(qū)動方式，應(yīng)該注意幾個參數(shù)以及這些參數(shù)的影響。第一，查看一下電源IC手冊，其最大驅(qū)動峰值電流，因為不同芯片，驅(qū)動能力很多時候是不一樣的。第二，了解一下MOSFET的寄生電容，如圖1中C1、C2的值。如果C1、C2的值比較大，MOS管導(dǎo)通的需要的能量就比較大，如果電源IC沒有比較大的驅(qū)動峰值電流，那么管子導(dǎo)通的速度就比較慢。如果驅(qū)動能力不足，上升沿可能出現(xiàn)高頻振蕩，即使把圖 1中Rg減小，也不能解決問題! IC驅(qū)動能力、MOS寄生電容大小、MOS管開關(guān)速度等因素，都影響驅(qū)動電阻阻值的選擇，所以Rg并不能無限減小。
如果選擇MOS管寄生電容比較大，電源IC內(nèi)部的驅(qū)動能力又不足時，需要在驅(qū)動電路上增強(qiáng)驅(qū)動能力，常使用圖騰柱電路增加電源IC驅(qū)動能力，其電路如圖 2虛線框所示。
圖 2 圖騰柱驅(qū)動MOS
這種驅(qū)動電路作用在于，提升電流提供能力，迅速完成對于柵極輸入電容電荷的充電過程。這種拓?fù)湓黾恿藢?dǎo)通所需要的時間，但是減少了關(guān)斷時間，開關(guān)管能快速開通且避免上升沿的高頻振蕩。
圖 3 加速M(fèi)OS關(guān)斷
關(guān)斷瞬間驅(qū)動電路能提供一個盡可能低阻抗的通路供MOSFET柵源極間電容電壓快速泄放，保證開關(guān)管能快速關(guān)斷。為使柵源極間電容電壓的快速泄放，常在驅(qū)動電阻上并聯(lián)一個電阻和一個二極管，如圖3所示，其中D1常用的是快恢復(fù)二極管。這使關(guān)斷時間減小，同時減小關(guān)斷時的損耗。Rg2是防止關(guān)斷的時電流過大，把電源IC給燒掉。
圖 4 改進(jìn)型加速M(fèi)OS關(guān)斷
在第二點(diǎn)介紹的圖騰柱電路也有加快關(guān)斷作用。當(dāng)電源IC的驅(qū)動能力足夠時，對圖2中電路改進(jìn)可以加速M(fèi)OS管關(guān)斷時間，得到如圖4所示電路。用三極管來泄放柵源極間電容電壓是比較常見的。如果Q1的發(fā)射極沒有電阻，當(dāng)PNP三極管導(dǎo)通時，柵源極間電容短接，達(dá)到最短時間內(nèi)把電荷放完，最大限度減小關(guān)斷時的交叉損耗。與圖3拓?fù)湎啾容^，還有一個好處，就是柵源極間電容上的電荷泄放時電流不經(jīng)過電源IC，提高了可靠性。
圖 5 隔離驅(qū)動
為了滿足如圖 5所示高端MOS管的驅(qū)動，經(jīng)常會采用變壓器驅(qū)動，有時為了滿足安全隔離也使用變壓器驅(qū)動。其中R1目的是抑制PCB板上寄生的電感與C1形成LC振蕩，C1的目的是隔開直流，通過交流，同時也能防止磁芯飽和。
當(dāng)源極輸出為高電壓的情況時，我們需要采用偏置電路達(dá)到電路工作的目的，既我們以源極為參考點(diǎn)，搭建偏置電路，驅(qū)動電壓在兩個電壓之間波動，驅(qū)動電壓偏差由低電壓提供，如下圖6所示。
圖6 源極輸出為高電壓時的驅(qū)動電路
除了以上驅(qū)動電路之外，還有很多其它形式的驅(qū)動電路。對于各種各樣的驅(qū)動電路并沒有一種驅(qū)動電路是最好的，只有結(jié)合具體應(yīng)用，選擇最合適的驅(qū)動。
1）開關(guān)電源變壓器如果用銅帶取代漆包線，其允許通過的電流怎么算？比如說厚度為0.1mm的銅帶，允許通過的電流怎么算？
專家解答：如果開關(guān)電源變壓器用銅帶取代漆包線，銅帶（漆包線）的渦流損耗可以大大將小，工作頻率可以相應(yīng)提高，但直流損耗幾乎不變，銅帶允許通過的電流密度一般還是不要超過4.5A/平方毫米。電流密度等于電流除與以導(dǎo)體的截面積，導(dǎo)體的截面積等于厚（0.1mm）乘以寬（銅帶的寬度）。
2）電源開關(guān)交流回路和整流器的交流回路是最容易產(chǎn)生電磁干擾的嗎？
專家解答：開關(guān)電源產(chǎn)生電磁干擾最嚴(yán)重的地方是開關(guān)變壓器的初、次級線圈組成的電路，但它的干擾會通過感應(yīng)對其它電路產(chǎn)生輻射和傳導(dǎo)干擾，傳導(dǎo)干擾和輻射干擾最嚴(yán)重的地方是電源線，因為電源線很容易成為輻射源的半波振子天線，另外它又與外線路進(jìn)行連接，很容易把干擾信號傳輸給其它設(shè)備。所以在開關(guān)電源的輸入端一定要對電源線進(jìn)行有效隔離。
3）降低變壓器的溫升有什么具體方法？
專家解答：降低變壓溫升的方法一個是降低變壓器磁芯的最大磁通增量（Bm）的取值，因為變壓器磁芯的損耗（磁滯損耗和渦流損耗）與磁通密度的平方成正比；另一個是降低開關(guān)電源的工作頻率，因為變壓器磁芯的損耗（磁滯損耗和渦流損耗）與工作頻率成正比；再一個是降低線圈的損耗，線圈的損耗（主要是渦流損耗），線圈的渦流損耗與集膚效應(yīng)損耗也與工作頻率成正比，降低線圈的直流損耗必須降低導(dǎo)線的電流密度，一般漆包線的電流密度不能超過4.5A/平方毫米。
4）反激式開關(guān)電源的占空比是如何變化的？
專家解答：反激式開關(guān)電源的占空比主要由輸入電壓和開關(guān)電源管的耐壓來決定，當(dāng)輸入電壓變化時占空比也要跟著變化。例如當(dāng)輸入電壓為AC260V時，如果電源開關(guān)管的耐壓為650V，則占空比大為0.306；當(dāng)輸入電壓為AC170V時，占空比大約為0.5；當(dāng)輸入電壓低于AC170V時，占空比大于0.5。但不管輸入電壓這樣變化，開關(guān)電源都會通過改變占空比來大到穩(wěn)定（或改變）輸出電壓的數(shù)值。
5）正激和反激的區(qū)別主要在哪？
專家解答：正激式開關(guān)電源是電源開關(guān)管導(dǎo)通的時候，電源向負(fù)責(zé)提供功率輸出，而關(guān)斷的時候沒有功率輸出。反激式開關(guān)電源正好相反，電源開關(guān)管導(dǎo)通時只向變壓器存儲能量，沒有給負(fù)載提供功率輸出，僅在電源開關(guān)管關(guān)斷時才向負(fù)載提供輸出。正激式開關(guān)電源輸出電壓是取整流輸出電壓的平均值，反激式開關(guān)電源輸出電壓是取整流輸出電壓的半波平均值，兩種電壓輸出的相位正好相反。
6）能具體講講環(huán)路設(shè)計嗎？
專家解答：反饋環(huán)路的增益，既不是越大越好，也不是越小越好。當(dāng)反饋環(huán)路的增益過高時，輸出電壓會圍繞著平均值來回跟蹤，輸出電壓上下波動很厲害，增益越高，波動的幅度就越大，嚴(yán)重時會出現(xiàn)振蕩；當(dāng)反饋環(huán)路的增益過低時，輸出電壓又會不穩(wěn)定，因為電壓跟蹤不到位，會存在一個滯后誤差。
為了使輸出電壓穩(wěn)定，但又不發(fā)生振蕩，一般都把反饋環(huán)路分成三個回路來組成，一個回路用來決定微分增益的大小，另一個回路用來決定積分增益的大小，還有一個是決定直流增益的大小。這樣做的目的是，在誤差信號很小的時候，環(huán)路增益很大，而在誤差小號很大的時候環(huán)路增益又會變小，即誤差放大器的增益是動態(tài)的。仔細(xì)調(diào)節(jié)這三個反饋環(huán)路的增益，就可以實(shí)現(xiàn)開關(guān)電源既穩(wěn)定，又不出現(xiàn)振蕩。
7）反激電源開關(guān)MOS如何降到最低？特別是在硬開關(guān)條件下。
專家解答：降低占空比，但占空比太低，電源的工作效率大大降低，電壓調(diào)整范圍也會減小。
8）銅箔損耗占電源損耗比例約為多少？
專家解答：非常小，如果銅箔損耗大，銅箔的溫升會很高，如果超過80度，銅箔的油漆會發(fā)黃。但也只相當(dāng)于一個1～3瓦左右的金屬膜電阻在同樣溫升時的損耗。
9）驅(qū)動波形大小波問題是什么原因引起的？？我有款電源，在低壓AC85-120V的時候輸出驅(qū)動都很正常，，當(dāng)電壓變?yōu)?20-150V的時候，驅(qū)動出現(xiàn)大小波，輸出電流明顯下降。當(dāng)電壓再次提升到150V-265V的時候，驅(qū)動波形的頻率完全不對頭了，輸出也不對了。
專家解答：如果你的驅(qū)動電路采用電容或變壓器輸出，會出現(xiàn)這種情況，因為電容或變壓器傳輸波形（信號時），信號中不能含有直流分量，如果含有直流分量，輸出波形將出現(xiàn)嚴(yán)重失真，只有驅(qū)動電路的輸出波形，其占空比為0.5時，輸出波形才不會產(chǎn)生失真，而占空比過大或過小，都會出現(xiàn)失真。
10）想問下關(guān)于整流橋的選擇，不同的功率選怎么樣的整流橋？還有就是我做了一款30W的電源，用了3A700V的整流橋，發(fā)現(xiàn)整流橋很燙，沒幾分鐘溫度就大約有60多度了。這個引起整流橋發(fā)燙的原因有哪些？
專家解答：整流二極管的選擇主要是根據(jù)流過整流二極管的電流大小和耐壓還有工作頻率這三個參數(shù)來決定，進(jìn)行電路參數(shù)設(shè)計時，流過整流二極管的電流一般只能取標(biāo)稱值（25℃時）的三分之一，因為流過整流二極管的工作溫度可能會上升到80℃以上。如果整流二極管的導(dǎo)通和關(guān)斷速度很低，它在電壓反向的情況下還會導(dǎo)通一段時間，即反向電流非常大，這樣整流二極管也會發(fā)熱。你的整流橋發(fā)熱可能屬于后一種情況。
11）反饋環(huán)路設(shè)計 以及 補(bǔ)償 如何入手？還望老師耐心解答。
專家解答：反饋環(huán)路的增益，既不是越大越好，也不是越小越好。當(dāng)反饋環(huán)路的增益過高時，輸出電壓會圍繞著平均值上下波動，增益越高，波動的幅度就越大，嚴(yán)重時會出現(xiàn)振蕩；當(dāng)反饋環(huán)路的增益過低時，輸出電壓又會不穩(wěn)定。為了使輸出電壓穩(wěn)定，但又不發(fā)生振蕩，一般都把反饋環(huán)路分成三個回路來組成，一個回路用來決定微分增益的大小，另一個回路用來決定積分增益的大小，還有一個是決定直流增益的大小。仔細(xì)調(diào)節(jié)這三個反饋環(huán)路的增益，就可以實(shí)現(xiàn)開關(guān)電源既穩(wěn)定，又不出現(xiàn)振蕩。
12）最近在做DC TO DC效率有點(diǎn)低，怎樣解決呢？
專家解答：把工作頻率降低，或把電源開關(guān)管換成一個高速開關(guān)管，另外還可以把變壓器的體積加大，把最大磁通密度（Bm）的取值降低，即把開關(guān)變壓器初級線圈的匝數(shù)增加，因為開關(guān)變壓器的磁滯損耗和渦流損耗與工作頻率成正比，與最大磁通密度增量的平方成正比。
13）老師您好，您是怎么計算最小直流電壓的？我看了好幾個版本一直找不到最合適的。
專家解答：這里我不太明白你說的“最小直流電壓”是指哪方面？如果是開關(guān)電源的最小輸入直流電壓，一般可根據(jù)最低輸入交流電壓換算得來，比如，最低輸入交流電壓為AC100V（有效值），則換算為最低直流輸入電壓大約為120V（取平均值），因為整流濾波后最大值為140V，最低值為100V，取平均值就是120V。
如果最小直流電壓為晶體管自激式開關(guān)電源的正反饋電壓，則此電壓最好選為晶管導(dǎo)通時工作電壓的2倍，而留1倍作為可調(diào)整的余量用。如果最小直流電壓為場效應(yīng)管驅(qū)動電路的最小工作電壓，則此工作電壓最低不能小于16V，因為，大功率場效應(yīng)管深度飽和需要的驅(qū)動電壓都在12V以上（最好為20V）。
14）老師您好，我做的反激式變壓器電源輸出側(cè)有毛刺，且毛刺的頻率和原邊開關(guān)頻率一樣，怎么消除毛刺呢？
專家解答：在次級整流與濾波電容之間串了一個小電感，但電感流過直流時不能飽和，這種電感的磁回路不能用封閉式的，必須要留有很大的氣隙。
15）反激式電源開關(guān)頻率如何優(yōu)化選擇？ VOR反激電壓如何優(yōu)化設(shè)置，在什么情況下最合適？謝謝！匝比如何 最優(yōu)化計算？謝謝。
專家解答：反激式開關(guān)電源工作頻率的選擇主要與開關(guān)電源的工作效率和體積大小有關(guān)，而開關(guān)電源的工作效率又主要與開關(guān)電源管、開關(guān)變壓器的損耗（磁滯損耗和渦流損耗）有關(guān)，這兩者的損耗均與頻率成正比。開關(guān)電源管的損耗主要由開通損耗（導(dǎo)通時間損耗）和關(guān)斷損耗（關(guān)斷時間損耗）組成，開關(guān)電源管的導(dǎo)通時間和關(guān)斷時間越長，這兩個損耗就越大。
一般大功率開關(guān)電源管的導(dǎo)通時間和關(guān)斷時間都比小功率開關(guān)電源管的導(dǎo)通時間和關(guān)斷時間長很多，所以大功率開關(guān)電源的工作頻率一般都取得比較低。
在考慮開關(guān)電源的工作效率時，如果從開關(guān)電源的體積和成本等方面考慮，最好選工作效率為80%左右較為合適，此時，開關(guān)電源管的損耗大約占總損耗的50%，開關(guān)變壓器的損耗大約占總損耗的30%，其余電路的損耗大約占總損耗的20%。開關(guān)變壓器的匝數(shù)比與輸入輸出電壓的比值有關(guān)，與開關(guān)電源的占空比有關(guān)。
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