MOSFET及IGBT栅极驱动器电路的常见设计难题

在新能源和节能环保大趋势下，MOSFET和IGBT在交流电机、变频器、开关电源、电源管理、照明电路、电动工具、牵引传动等行业中的应用越来越重要。本文从MOSFET技术和开关运行概述入手，按照由易而难的顺序，分析了寄生器件的影响、瞬态和极端工作条件等较为流行的电路解决方案及其性能，详细介绍了接地参考和高侧栅极驱动电路的设计流程，以及交流耦合和变压器隔离解决方案。

本报告列举了几个逐步设计示例，还专门介绍了在同步整流器应用中MOSFET的栅极驱动应用。主要内容及一些重要的参考文献索引如下：

正文目录

1 简介

2 MOSFET技术

3 接地参考栅极驱动

4 同步整流器驱动

5 高侧非隔离栅极驱动

6 交流耦合栅极驱动电路

7 变压器耦合栅极驱动

8 总结

9 参考文献

MOSFET和IGBT栅极驱动器电路的基本原理

附图目录

1 功率MOSFET器件类型

2 功率MOSFET模型

3 简化的钳位电感式开关模型

4 MOSFET开通阶段

5 MOSFET关断时间间隔

6 典型栅极电荷与栅源极电压的对比

7 栅极驱动谐振电路分量

8 直接栅极驱动电路

9 带有集成双极晶体管的栅极驱动

10 双极Totem-Pole MOSFET驱动器

11 基于MOSFET的Totem-Pole驱动器

12 简单的关断速度增强电路

13 局部PNP关断电路

14 局部NPN自偏置关断电路

15 经改进的N沟道MOSFET关断电路

16 简化的同步整流模型

17 同步开关模型

18 P沟道MOSFET直接驱动

19 PMOS器件的开路集电极驱动

20 电平位移的P沟道MOSFET驱动器

21 N沟道MOSFET的直接驱动

22 高侧N沟道MOSFET的关断

23 集成的自举驱动器

24 集成的自举驱动器

25 高电压驱动器IC中的典型电平位移器

26 用于自举栅极驱动的高电压驱动器IC

27 保护SRC引脚

28 自举旁路示例

29 自举启动电路

30 高侧应用中的容性 电流

31 容性耦合MOSFET栅极驱动

32 作为占空比函数的标准化耦合电容器电压

33 单端变压器耦合栅极驱动

34 通过变压器耦合栅极驱动来驱动输出电流

35 变压器耦合栅极驱动中的直流恢复电路

36 栅极驱动变压器伏秒数与占空比

37 用一个变压器实现电力和控制传输

38 用一个变压器实现电力和控制传输

39 推挽式半桥栅极驱动

40 推挽式半桥栅极驱动

参考文献

1. V. Barkhordarian, “Power MOSFET Basics”, International Rectifier, Technical Paper

2. S. Clemente, et al., “Understanding HEXFET® Switching Performance”, International Rectifier,

Application Note 947

3. B. R. Pelly, “A New Gate Charge Factor Leads to Easy Drive Design for Power MOSFET Circuits”,

International Rectifier, Application Note 944A

4. “Understanding MOSFET Data”, Supertex, DMOS Application Note AN-D15

5. K. Dierberger, “Gate Drive Design For Large Die MOSFETs”, PCIM ‘93, reprinted as Advanced Power

Technology, Application Note APT9302

6. D. Gillooly, “TC4426/27/28 System Design Practice”, TelCom Semiconductor, Application Note 25

7. “Gate Drive Characteristics and Requirements for HEXFET®s”, International Rectifier, Application Note

AN-937

8. “TK75050 Smart MOSFET Driver Data Sheet”, TOKO Power Conversion ICs Databook, Application

Information Section

9. Adams, “Bootstrap Component Selection For Control IC’s”, International Rectifier, Design Tip DT 98-2

10. “HV Floating MOS-Gate Driver ICs”, International Rectifier, Application Note INT978

11. C. Chey, J. Parry, “Managing Transients in Control IC Driven Power Stages” International Rectifier,

Design Tip DT 97-3

12. “HIP408X Level Shifter Types”, Harris Semiconductor

13. “IR2110 High and Low Side Driver” International Rectifier, Data Sheet No. PD- 6.011E

14. “Transformer-Isolated Gate Driver Provides Very Large Duty Cycle Ratios”, International Rectifier,

Application Note AN-950B

15. W. Andreycak, “Practical Considerations in Troubleshooting and Optimizing Power Supply Control

Circuits and PCB Layout”, Unitrode Corporation, Power Supply Design Seminar, SEM-1200, Topic 4

16. L. Spaziani, “A Study of MOSFET Performance in Processor Targeted Buck and Synchronous Buck

Converters”, HFPC Power Conversion Conference, 1996, pp 123-137

17. W. Andreycak, “Practical Considerations In High Performance MOSFET, IGBT and MCT Gate Drive

Circuits”, Unitrode Corporation, Application Note U-137

18. J. O’Connor, “Unique Chip Pair Simplifies Isolated High Side Switch Drive” Unitrode Corporation,

Application Note U-127

19. D. Dalal, “Design Considerations for Active Clamp and Reset Technique”, Unitrode Corporation,

Power Supply Design Seminar SEM1100, Topic 3

20. E. Wittenbreder, “Zero voltage switching pulse width modulated power converters”, U.S. Patent No.

5402329.

21. R. Erickson, “Lecture 20, The Transistor as a Switching Device”, Power Electronics ECE579 Course

Notes, Fall 1987, pg. 20-4 through 20-16.

22. R. Severns, J. Armijos, “MOSFET Electrical Characteristics,” MOSPOWER Applications Handbook,

Siliconix, Inc., 1984, pg. 3-1 through 3-8.

23. J. Bliss, “The MOSFET Turn-Off Device - A New Circuit Building Block,” Motorola Semiconductor,

Engineering Bulletin EB142, 1990.

24. Seminar 1400 Topic 2 Appendix A/F Est MOSFET Parameters from the Data Sheet

壹芯微科技针对二三极管,MOS管作出了良好的性能测试，应用各大领域，如果您有遇到什么需要帮助解决的,可以点击右边的工程师,或者点击销售经理给您精准的报价以及产品介绍