开关电源MOSFET驱动电路介绍及分析

开关电源由于体积小、重量轻、效率高等优点，应用已越来越普及。MOSFET由于开关速度快、易并联、所需驱动功率低等优点已成为开关电源最常用的功率开关器件之一。而驱动电路的好坏直接影响开关电源工作的可靠性及性能指标。一个好的MOSFET驱动电路的要求是：

（1）开关管开通瞬时，驱动电路应能提供足够大的充电电流使MOSFET栅源极间电压迅速上升到所需值，保证开关管能快速开通且不存在上升沿的高频振荡;

（2）开关管导通期间驱动电路能保证MOSFET栅源极间电压保持稳定使可靠导通;

（3）关断瞬间驱动电路能提供一个尽可能低阻抗的通路供MOSFET栅源极间电容电压的快速泄放，保证开关管能快速关断;

（4）关断期间驱动电路最好能提供一定的负电压避免受到干扰产生误导通;

（5）另外要求驱动电路结构简单可靠，损耗小，最好有隔离。

本文介绍并讨论分析一下作者在研制开关电源中使用的几种结构简单可行的MOSFET管驱动电路。

　　几种MOSFET驱动电路介绍及分析

不隔离的互补驱动电路

图1（a）为常用的小功率驱动电路，简单可靠成本低。适用于不要求隔离的小功率开关设备。图1（b）所示驱动电路开关速度很快，驱动能力强，为防止俩个MOSFET管直通，通常串接一个0.5～1Ω小电阻用于限流，该电路适用于不要求隔离的中功率开关设备。这两种电路结构特简单。

功率MOSFET属于电压型控制器件，只要栅极和源极之间施加的电压超过其阈值电压就会导通。由于MOSFET存在结电容，关断时其漏源两端电压的突然上升将会通过结电容在栅源两端产生干扰电压。常用的互补驱动电路的关断回路阻抗小，关断速度较快，但它不能提供负压，故其抗干扰性较差。为了提高电路的抗干扰性，可在此种驱动电路的基础上增加一级由V1、V2、R组成的电路，产生一个负压，电路原理图如图2（a）所示。

　　[p] [p] （2）有隔离变压器的互补驱动电路

如图6（a）所示，V1、V2为互补工作，电容C起隔离直流的作用，T1为高频、高磁率的磁环或磁罐。导通时隔离变压器上的电压为（1－D）Ui、关断时为DUi，若主功率管S可靠导通电压为12V，则隔离变压器原副边匝比N1/N2为12/（1－D）/Ui。为保证导通期间GS电压稳定C值可稍取大些。实验波形见图7（a）。该电路具有以下优点：

①电路结构较简单可靠，具有电气隔离作用。当脉宽变化时，驱动的关断能力不会随着变化。

②该电路只需一个电源，即为单电源工作。隔直电容C的作用可以在关断所驱动的管子时提供一个负压，从而加速了功率管的关断，且有较高的抗干扰能力。

表1不同占空比时toff的变化情况

但该电路所存在的一个较大缺点是输出电压的幅值会随着占空比的变化而变化。当D较小时，负向电压小， 该电路的抗干扰性变差，且正向电压较高，应该注意使其幅值不超过MOSFET栅极的允许电压。当D大于0.5时驱动电压正向电压小于其负向电压，此时应该注意使其负电压值不超过MOSFET栅极的允许电压。所以该电路比较适用于占空比固定或占空比变化范围不大以及占空比小于0.5的场合。

6（b）为占空比大于0.5时适用的驱动电路，其中Z2为稳压二极管，此时副边绕组负电压值较大，Z2的稳压值为所需的负向电压值，超过部分电压降在电容C2上，其实验波形见图7（b）。
[p] （3）集成芯片UC3724/3725构成的驱动电路

电路构成图如图8所示。

其中UC3724用来产生高频载波信号，载波频率由电容CT和电阻RT决定。一般载波频率小于600kHz，4脚和6脚两端产生高频调制波，经高频小磁环变压器隔离后送到UC3725芯片7、8两脚经UC3725进行解调后得到驱动信号，UC3725内部有一肖特基整流桥同时将7、8脚的高频调制波整流成一直流电压供驱动所需功率。

一般来说载波频率越高驱动延时越小，但太高抗干扰性变差;隔离变压器磁化电感越大磁化电流越小，UC3724发热越少，但太大使匝数增多导致寄生参数影响变大，同样会使抗干扰能力降低。故根据实验研究得出：对于开关频率小于100kHz的信号一般取（400～500）kHz载波频率较好，变压器选用较高磁导如5K、7K等高频环形磁芯，其原边磁化电感大小约1毫亨左右为好。 这种驱动电路仅适合于信号频率小于100kHz场合，因信号频率相对载波频率太高的话，相对延时太多，且所需驱动功率增大，UC3724和UC3725芯片发热厉害温升较高，故100kHz以上开关频率仅对较小极电容的MOSFET才可以。对于1kVA左右开关频率小于100kHz场合，它是一种性能良好的驱动电路。该电路具有以下特点：单电源工作，控制信号与驱动实现隔离，结构简单尺寸较小，尤其适用于占空比变化莫测或信号频率也变化的场合。

结语

本文介绍的几种MOSFET驱动电路均有以下优点：结构较简单可靠;单电源工作;适用于中小功率开关电源。以上电路均已应用到不同功率的实际开关电源的原理样机中，经过了实验的检验。