N溝道VMOSFET驅(qū)動電路

#新穎的N溝道VMOSFET驅(qū)動電路普通MOSFET的柵極、源極、漏極處于芯片水平方向的同一表面上，導(dǎo)通時的工作電流沿芯片表面按水平方向流動，稱為水平式場效應(yīng)管。VMOSFET的柵極做成V形，源極制做在柵極的兩邊，柵極與半導(dǎo)體材料之間的SiO2層也做成V形。GS間施加電壓后形成的反型層導(dǎo)電溝道呈V形,漏極電流垂直向源極流動，到達表面時沿V形導(dǎo)電溝道流到源極S，故稱為VMOSFET。由于VMOSFET采用垂直導(dǎo)電方式，溝道短，電流容量大，故目前應(yīng)用的功率場效應(yīng)管多數(shù)是VMOSFET。與雙極型晶體管相比，VMOSFET的優(yōu)點是：①參與導(dǎo)電的只有多數(shù)載流子，不存在復(fù)合少數(shù)載流子所表現(xiàn)出來的存儲效應(yīng)，從而具有高的開關(guān)速度。②具有寬的安全工作區(qū)而不會產(chǎn)生熱點，無二次擊穿現(xiàn)象，而且耐壓具有正的溫度系數(shù)，所以有高的可靠性。③導(dǎo)通電阻具有正的溫度系數(shù)，容易進行并聯(lián)使用。④具有強的過載能力，短時過載能力通常為額定值的四倍。⑤具有高的開啟電壓（即閾值電壓，2?4V）,因此有較高的噪聲容限和抗干擾能力，給電路設(shè)計帶來了極大的方便。⑥具有極高的輸入阻抗，所需驅(qū)動功率很小，對驅(qū)動電路要求較低。由于VMOSFET的眾多優(yōu)點，目前被越來越多地應(yīng)用于開關(guān)電源等功率控制領(lǐng)域。高耐壓、大電流的N溝道VMOSFET型號很多，選擇余地很大，價格也比較便宜。相比之下，高耐壓、大電流的P溝道VMOSFET型號則比較少，選擇余地很小，價格也比較高。因此，絕大多數(shù)情況下都選用N溝道VMOSFETo當VMOSFET的源極S接電路地時，驅(qū)動電路很好設(shè)計。但在串聯(lián)型開關(guān)電源中，VMOSFET驅(qū)動電路的設(shè)計很有技巧性，尤其是單一電源供電的情況。下面介紹一種新穎的驅(qū)動方式，日本尤塔卡電機株式會社生產(chǎn)的YDS305開關(guān)穩(wěn)壓模塊就采用了這種驅(qū)動電路。該驅(qū)動電路用于驅(qū)動N溝道VMOSFETo原理介紹：1、利用主電源建立輔助電源VMOSFET的開啟電壓（即閾值電壓或門檻電壓）為2~4V,為保證N溝道VMOSFET充分導(dǎo)通，必須使Vgs24V,—般取10V左右。在串聯(lián)型開關(guān)電源中，開關(guān)管與負載即輸出電壓是串聯(lián)的。開關(guān)管導(dǎo)通GS時，源極S的電位等于輸入電壓（忽略VMOSFET導(dǎo)通電阻上的壓降）。因此，PWM驅(qū)動級的供電電源必須高于輸入電壓。在單一電源供電的情況下，只有通過輸入電壓建立輔助電源。DI、D2、Cl、C2、Q5等元件構(gòu)成了10V輔助電源。其工作原理是：當開關(guān)管Q1截止（此時續(xù)流二極管D3導(dǎo)通）時，輸入電壓經(jīng)二極管D1給電容C1快速充電。C1充滿電時兩端電壓就等于輸入電壓。該電壓經(jīng)Q5、D2組成的串聯(lián)穩(wěn)壓電路得到10V輔助電源，與源極S的電位迭加后作為PWM驅(qū)動級的供電電源。這樣就保證了開關(guān)管Q］的柵極G比源極S高出10V從而保證了VMOSFET充分導(dǎo)通。需要說明的一點是，雖然輔助電源是10V串聯(lián)穩(wěn)壓電源，但當輸入電壓大于4V而小于10V時，此串聯(lián)穩(wěn)壓電路起電壓跟隨作用，VMOSFET仍能導(dǎo)通。串聯(lián)穩(wěn)壓電源設(shè)定10V輸出的原因，是防止高輸入電壓時VMOSFET的G、S極擊穿。2、高速驅(qū)動電路Q2、Q3、Q4、R2組成高速驅(qū)動電路。VMOSFET的開關(guān)速度由其極間電容CGS、CGD、CDS決定。要GSGDDS提高開關(guān)速度，就必須減小柵、源結(jié)電容cgs的充、放電時間，也就是說要提高柵、源結(jié)電容cgs的充、GSGS放電電流。Cgs的充電時間決定開關(guān)管的開通時間，放電時間決定開關(guān)管的關(guān)斷時間。當PWM脈沖為低GS電平時，經(jīng)Q2倒相放大變?yōu)楦唠娖剑蒕3射極輸出器進行電流放大，送到N溝道VMOSFET開關(guān)管Q1的柵極，柵、源結(jié)電容Cgs迅速充電，開關(guān)管Q1快速導(dǎo)通。當PWM脈沖為高電平時，經(jīng)Q2倒相放大變GS為低電平，射極輸出器Q4飽和導(dǎo)通，柵、源結(jié)電容Cgs迅速放電，開關(guān)管Q1快速截止。由于Q3、Q4GS都接成射極輸出器形式，有很強的負載驅(qū)動能力，所以柵、源結(jié)電容cgs的充、放電相當快，提高了開關(guān)GS速度，大大降低了其開通損耗和關(guān)斷損耗。

通過上述分析可以看出，這是一