当前位置：首页 > 电源 > 功率器件

用集成MOSFET解决方案取代 BJT

时间：2021-11-24 15:16:31

关键字： MOSFET 电子开关

手机看文章

扫描二维码
随时随地手机看文章

[导读]功率因数校正 (PFC) 阶段就像好寿司中的米饭。正如大米创造了一个让其他成分发光的基础，PFC 阶段可以让其他成分为最终产品提供动力。金属氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET) 对 PFC 控制器输出信号变化的响应对 PFC 级至关重要。为了使时序正确，栅极驱动电路必须仅在应有的时候切换 FET。

1、前言

寿司很棒。它将新鲜、令人满意的味道包装在一个小包装中，融合了几种成分的微妙之处，使之与众不同。它让我想起了理想的电源：小型、高效的阶段集合，可产生驱动惊人产品的动力。

在这个类比中，功率因数校正 (PFC) 阶段就像好寿司中的米饭。正如大米创造了一个让其他成分发光的基础，PFC 阶段可以让其他成分为最终产品提供动力。金属氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET) 对 PFC 控制器输出信号变化的响应对 PFC 级至关重要。为了使时序正确，栅极驱动电路必须仅在应有的时候切换 FET。

包括图 1 中常见的双极图腾柱。

图 1：双极结型晶体管 (BJT) 图腾柱栅极驱动电路

我们可以使用图 1 中的配置将 3A 至 6A 电流有效地驱动到 MOSFET 栅极，但栅极驱动器集成电路 (IC) 可以纠正一些缺点，这些缺点与电路板空间、系统设计复杂性、抗噪性和热保护。

2.电路板空间和系统设计复杂性

需要栅极驱动电路的一个常见位置是 PFC 级。在图 2 所示的具有电平转换的 PFC 解决方案的示例布局中，该设计需要 17 个分立元件和 0.84in 2 (或 542mm 2 ) 的印刷电路板 (PCB) 空间。

图 2：仅采用分立元件的 PFC 解决方案

使用诸如UCC27517 之类的栅极驱动器 IC（图 3）来驱动 MOSFET 栅极的相同设计总共只需要五个组件，并且仅占用 0.33in 2（或 212mm 2）的 PCB 空间。

图 3：使用 UCC27517 MOSFET 栅极驱动器的 PFC 解决方案

除了电路板空间的减少之外，分立元件的减少使我们能够花费更少的时间和精力来确保正确的开关时序。

抗噪能力

在理想情况下，我们的 PFC 控制器的栅极驱动输出将是一个完美的方波。但由于每个 PFC 设计中都存在寄生元件，开关时几乎总是会引入噪声，导致生成的波形如图 4 所示。

图 4：PFC 控制器输出波形示例

请注意逻辑电平切换时信号中的振荡，这可能比我们在图 4 中看到的要大得多。为了设计最高效的 PFC 电路，我们希望 MOSFET 仅在我们希望的时候切换，以便最终输出尽可能平滑的正弦电流波形。因此，对于我们的栅极驱动电路来说，具有足够大的输入迟滞（输入信号高阈值和低阈值之间的差异）非常重要，以便在出现这种噪声时 MOSFET 不会切换。

在分立解决方案中，如果输入电压大于 0.7V，电流将被驱动到 MOSFET 栅极，这意味着滞后非常小。相比之下，集成驱动器 IC 不会切换输出逻辑电平，除非输入电压分别达到显着低于或高于逻辑输入高电平和低电平的值，从而保护我们的系统免受输入噪声的负面影响。

3.热保护

在设计电源时，有时会忘记平稳上电和断电，但这两者对系统的长期健康至关重要。使用分立解决方案时，栅极驱动输出可能随时出现，即使驱动到栅极的电压不够高。当在没有伴随电压的情况下将高电流驱动到 FET 栅极时，会在 FET 上消耗过多的功率，从而导致过热和潜在的损坏。

相比之下，许多低侧栅极驱动器 IC 具有欠压锁定 (UVLO) 保护功能，这意味着栅极驱动器输出被禁用，直到它被提供必要的电压，从而保护我们的系统免受热损坏。

成为寿司厨师长（或 itamae）需要多年的培训，虽然这似乎不是工艺中最重要的部分，但制作具有理想形状和一致性的大米以制作优质寿司的能力对于实现这一目标至关重要地位。就像 itamaes 在大米中投入的时间和精力一样，栅极驱动器 IC 设计人员花费大量时间制作用于驱动 MOSFET 栅极的优质器件。

考虑到这一点，在选择解决方案设计时，请考虑栅极驱动器 IC 相对于其分立器件的性能优势。