功率MOSFET具有导通电阻低、负载电流大的优点,因而非常适合用作开关电源(switch-mode power supplies,SMPS)的整流组件,不过,在选用MOSFET时有一些注意事项。
在计算栅极驱动电流时,常犯的一个错误就是将MOSFET的输入电容(CISS)和CEI混为一谈,于是会使用下面这个公式去计算峰值栅极电流。
QOD--Miller电容充满后的过充电荷
典型的MOSFET曲线,很多MOSFET厂商都提供这种曲线。可以看到,为了保证MOSFET导通,用来对CGS充电的VGS要比额定值高一些,而且CGS也要比VTH高。栅极电荷除以VGS等于CEI,栅极电荷除以导通时间等于所需的驱动电流(在规定的时间内导通)。
以往的SMPS控制器中直接集成了驱动器,这对于某些产品而言非常实用,但是,由于这种驱动器的输出峰值电流一般小于1A,所以应用范围比较有限。另外,驱动器发出的热还会造成电压基准的漂移。
随着市场对“智能型”电源设备的呼声日渐强烈,人们研制出了功能更加完善的SMPS控制器。这些新型控制器全部采用精细的CMOS工艺,供电电压低于12V,集成的MOSFET驱动器同时可作为电平变换器使用,用来将TTL电平转换为MOSFET驱动电平。以TC4427A为例,该器件的输入电压范围(VIL = 0.8V,VIH = 2.4V)和输出电压范围(与电源电压相等,可达18V)满足端到端(rail-to-rail)输出的要求。
另外一个需要注意的问题是对瞬间短路电流的承受能力,对于高频SMPS尤其如此。瞬间短路电流的产生通常是由于驱动电平脉冲的上升或下降过程太长,或者传输延时过大,这时高压侧和低压侧的MOSFET在很短的时间里处于同时导通的状态,在电源和地之间形成了短路。瞬间短路电流会显着降低电源的效率,使用专用的MOSFET驱动器可以从两个方面改善这个问题:
以上这些问题(直接关系到成本和可靠性)在独立的、专用的驱动器中都已得到了比较好的处理,但是在集成型器件或传统的分立器件电路中却远未如此。
TC1411N是一种低压侧驱动器,TC1411N的输出峰值电流为1A,由于使用+5V供电,可以降低因栅极过充电引起的截止延时。TC4431是高压侧驱动器,输出峰值电流可达1.5A。用这两种器件驱动的MOSFET可以承受持续30ns、大小为10A的漏极电流。
TC4428A在这里用作高压侧和低压侧的驱动器,并且共享电源VDD;为了降低成本,电路中使用了N沟道MOSFET。TC4428A的输出能力较强,用它驱MOSFET可以承受持续25ns、大小为10A的漏极电流。
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