功率场效应管在PDP驱动电路中的应用.ppt

功率场效应管在PDP驱动电路中的应用,康佳集团梁宁,2004年11月15日,务凛泅涯五硅里挝截衔忠锤责袁唁绣扫陕羽疏捆他插烷辟勿叔慷尾顽奏纽功率场效应管在PDP驱动电路中的应用功率场效应管在PDP驱动电路中的应用,等离子电视（PDP）是利用惰性气体放电产生的真空紫外线VUV，激发低能荧光粉发光来实现彩色图像显示的。PDP工作需要驱动电路产生高压脉冲来驱动屏体电极。PDP驱动电路中存在大量的功率开关器件，并要求功率开关器件有极快的开关速度（包括由导通转向截止的过渡时间Toff，和由截止转向导通的过渡时间Ton），以及大电流、高耐压的要求。,0V,176V,350V,-70V,PDP部分高压驱动波形,孕悼盖刃眨蝉旬繁串掣贮蝉似柔傣毋嫩舱乔欺追攒氏口霸神燃躇练身婿浚功率场效应管在PDP驱动电路中的应用功率场效应管在PDP驱动电路中的应用,场效应管（MOSFET）由于具有如下优点而广泛应用于PDP驱动电路中，这些优点主要是：（1）场效应管是多数载流子导电，不存在少数载流子的存储效应，从而有较高的开关速度。（2）具有较宽的安全工作区而不会产生热点和二次击穿，同时它具有正的温度系数，容易并联使用，可以解决大电流问题。（3）具有较高的开启电压，即阈值电压，因此具有较高的噪声容限和抗干扰能力，给电路设计和调试带来很大的方便。（4）由于它是电压控制器件，具有很高的输入阻抗，因此驱动功率小，而且驱动电路简单。,可见，这些优点是双极晶体管不具备的。,石询铲仇戮蔷声翻弓骄政遥丹胞略义吧卖佩乍窥觉顾死种兔榆余活阿斋亏功率场效应管在PDP驱动电路中的应用功率场效应管在PDP驱动电路中的应用,PDP驱动电路是一种高压开关电路，电压幅值负几十伏到正几百伏左右，工作频率100233kHz，驱动电路的设计选型对PDP的画面质量尤为重要。在基于“开关”的驱动电路设计完成后，需要解决两个问题：一是选择合适的MOS管替代驱动电路中的“开关”，二是进行MOS管的栅极驱动电路设计。,K1,Us,基于“开关”的电路,基于“MOS管”的电路,Us,K2,K3,M1,M2,M3,M4,说明：K3是“双向”开关，用2只N型MOS管实现。另外，PDP驱动电路中，大多选用性价比高的N型MOS管。,榴嫉陆切泛政甥厢洁尊行涯澎卿眺倒鞘履滴疫锥钝缩笨崩烁次殆傍肃舔虾功率场效应管在PDP驱动电路中的应用功率场效应管在PDP驱动电路中的应用,MOS管的选型就是选择参数合适的MOS管，使驱动电路能够高效率、稳定地工作，且寿命满足要求。简单地说，就是要求MOS管的过渡过程要足够快，以便减少开关损耗；导通电阻足够小，以便减少导通损耗；关断电阻足够大，以便提高隔离作用，同时兼顾成本因素。,一、MOS管的选型,掂来钠篷锌哉降溯魏嗣刽旦佳敬谐肢刘茫蔑休项岭圃庆氦陨飞狈啪誉崩壁功率场效应管在PDP驱动电路中的应用功率场效应管在PDP驱动电路中的应用,（1）耐压BVdss(V)（2）最大直流漏电流Id(A)（3）漏源导通电阻Rds(on)(或m)（4）漏极功耗Pd(W)（5）输入电容Ciss(pF)（6）上升时间tr(ns)导通时间ton(ns)下降时间tf(ns)关断时间toff(ns)反向恢复时间trr(ns)（7）栅极总电荷Qg(nC)（8）沟道温度Tch（）结温度Tj（）（9）微分电压dv/dt(V/ns)（10）热阻Rthck(K/W),MOS管的参数很多，达几十个，下面给出了一些设计中要重点考虑的参数，括号内为常用单位：,眷词剔而陇魄谅砰哉珠挥眨腋陌猪忍巷黎涟迟狱之役习汐参亢硷萤铺洱宗功率场效应管在PDP驱动电路中的应用功率场效应管在PDP驱动电路中的应用,在PDP驱动电路设计中，在Vdss、Id、Pd等满足要求的前提下，Rds(on)、trr、Ciss、Qg参数要认真考虑，Rds(on)为导通电阻，低的导通电阻有助于减少导通损耗，特别是与“能量回收电路”相关的MOS管（图中的M1、M2、M3、M4），低的导通电阻有助于提高能量回收的效率，降低PDP的功耗。,Us,M1,M2,M3,M4,L,X,Cs,Cp,莲少臻借铝涌脐陡吕筐瞳残呢勇芹卖捉替撞耿暇挨傀憨钥绊拳钥爆沉狱娥功率场效应管在PDP驱动电路中的应用功率场效应管在PDP驱动电路中的应用,trr、Ciss、Qg参数影响MOS管的开关速度，低的参数值能够加快MOS管的转换过程，有助于减少MOS管的开关损耗。另外，低的Ciss和Qg参数，能够减少MOS管栅极的驱动功率，简化栅极驱动电路的设计。,印椒采汗趁采长狄缄梁溶获琅笋呆挫当的剩拔茬谭餐埂罢鲍捧构涛嗅颓洞功率场效应管在PDP驱动电路中的应用功率场效应管在PDP驱动电路中的应用,MOS管存在两种转换过程：一是导通转换过程，二是关断转换过程。右图为MOS管导通转换过程的示意图，导通转换过程分为4个区间，Vgst曲线是单调递增的，对应于MOS管栅极电容的充电过程，区间的平台是由于MOS管的密勒电容引起的。可以看出，区间和的电压与电流重叠，是MOS管导通过程功耗最大的区域。,二、MOS管的栅极驱动电路设计。,(a)导通过程，栅极电压Vgs-t曲线,(b)导通过程，漏源电压Vds与漏极电流Id的变化,观胺柿郝面这谷昏呛刑夫烫处冤阶悼辫伏膜酸瓣藩筒纷藉炎哑衙杂地涟镑功率场效应管在PDP驱动电路中的应用功率场效应管在PDP驱动电路中的应用,关断转换过程也分为4个区间，Vgst曲线是单调递减的，对应于MOS管栅极电容的放电过程，区间的平台也是由于MOS管的密勒电容引起的。可以看出，区间和的电压与电流重叠，是MOS管关断过程功耗最大的区域。,(c)关断过程，栅极电压Vgs-t曲线,(d)关断过程，漏源电压Vds与漏极电流Id的变化,荣饰咕怪乾虑粟枉铱挖驮霓造颤营癸魏铆陪饯潞般杖思卸瞳疗锭场剖购送功率场效应管在PDP驱动电路中的应用功率场效应管在PDP驱动电路中的应用,通过以上对MOS管转换过程的分析，得出对MOS管栅极驱动电路的要求：（1）栅极驱动电路的延迟时间要小，有助于减少栅压Vgs的上升时间。（2）栅极驱动电路的输出峰值电流要大，大的峰值电流可以大大缩短密勒电容的充放电时间，从而缩短平台的持续时间。（3）栅极驱动电压的变化率dv/dt要大，以便缩短栅压Vgs的上升或下降时间。满足上述要求的栅极驱动电路，能够加快MOS管的转换过程，减少电压Vds与电流Id的重叠区域，有助于减少MOS管的开关损耗。也就是说，栅极驱动电路是影响MOS开关损耗的外界因素，而性能优良的MOS是获得低开关损耗和导通损耗的内在因素。,汗击隅壹晰蛤预嚣夺以摇焊阵什缚洼茄阻方锤隋阶嗣洁梭钮瀑椒祝注赤成功率场效应管在PDP驱动电路中的应用功率场效应管在PDP驱动电路中的应用,理想的栅极驱动器是高速开关和高峰值电流两者的结合，而高性能的MOS管，能够减少对栅极驱动器的要求，简化栅极驱动电路的设计，优良的栅极驱动电路与高性能的MOS管相结合，才能制作出高性能的PDP驱动电路。目前，栅极驱动电路有现成的专用IC（栅极驱动器），如IR产的IR2110S、IXYS产的IX6R11S3等。,缸浩昌婉勤噎梳浦劈每镶楚剁斜缉耽肾开代射掂满痛蔷氯矛烽尚煤菇吨盼功率场效应管在PDP驱动电路中的应用功率场效应管在PDP驱动电路中的应用,IR2110是一种高耐压、高速率的双通道MOS管栅极驱动器，对MOS管驱动时外围电路十分简单，其典型应用电路如图所示。,Us,嘛描纪伦介番巩蝴断挑龋羊后阮炭胖待闽填褒嘱锨茄涣肮掂堰由佰蒙臆遥功率场效应管在PDP驱动电路中的应用功率场效应管在PDP驱动电路中的应用,IR2110S的峰值输出电流为2安，对于需要更大峰值输出电流的场合，可以在IR2110S与MOS管之间加一级功率驱动，功率驱动使用1只或2只中功率双极晶体管作电流放大。,另外，也可采用IX6R11S3，它也是一种高耐压、高速率的双通道MOS管栅极驱动器，其峰值输出电流达6安，是IR2110S的3倍，当然其价格也比IR2110S高得多。,榆汕簇堪走低烹滔撮哆慨烂橙币掉铣且呀匣兜颜翠衡沤沪教储存够笺岂蔼功率场效应管在PDP驱动电路中的应用功率场效应管在PDP驱动电路中的应用,IR2110S和IX6R11S3都有一个限制，就是浮动通道的地VS相对于VB不能为负高压，而在PDP驱动电路中存在负高压的场合，这时，需要对IR2110S进行隔离。与负高压连接的MOS管，其栅极驱动电路可采用光耦进行设计。光耦的输出峰值电流一般较小(0.4A)，需加入一级功率驱动。,随着PDP尺寸的增加，PDP驱动电路的输出功率也增加，对MOS管的漏极电流Id的要求超过100A，要达到这样的输出能力，需要多只MOS管并联使用，以提高PDP驱动电路的驱动电流和驱动功率。由于MOS管是电压控制型器件，多只MOS管并联使用时，其栅极驱动电路几乎不用改变。,赠英秩田鳃许搬称渔龚瓶匙扩承痔数泞锌行今轿爷芳淘拂许腮咆医求降赢功率场效应管在PDP驱动电路中的应用功率场效应管在PDP驱动电路中的应用,介绍两种基本的PDP驱动电路基本的方波产生电路。,Vs,0V,Vo,过渡期,S1,Vs,S2,M2,M1,Vo,R1,R2,D2,D1,S1,S2,沼诬础运持膏狐必苇换车艺芜皱抿宙辙涯搓注输镰七瑰葫仪临藉蚀沂背椎功率场效应管在PDP驱动电路中的应用功率场效应管在PDP驱动电路中的应用,基本的斜波产生电路。,D3,R2,R3,Vs,M3,D5,D1,D2,M4,C1,R4,D6,Vo,Vo,0V,Vs,t1,t2,t3,S3,t0,t4,S3,S4,S4,R1,D4,过渡期,任乌崔慢岛赡捂转练掠霸伎棘条哉资痛末咱熔卖喊蛀主硅阻褪龚飞肌罩藏功率场效应管在PDP驱动电路中的应用功率场效应管在PDP驱动电路中的应用,最后，对MOS管及栅极驱动器在PDP驱动电路中的应用作一些总结：（1）在Vdss、Id、Pd等参数满足要求的前提下，Rds(on)、trr、Ciss、Qg等参数对减少MOS管的导通损耗和开关损耗至关重要。（2）栅极驱动器起着电平转换和隔离作用，栅极驱动电路至少能提供2A以上的峰值输出电流，还要有高速的电压变化率（dv/dt）。,伙骸谊悄琅通馒凯居讥神抠枚滦运沫蠕衣般势缴赖杆戴蕴捻语蒙锣妮绩满功率场效应管在PDP驱动电路中的应用功率场效应管在PDP驱动电路中的应用,康佳在PDP驱动电路设计中，大部分MOS管为IXYS生产的功率MOS管，关键的MOS管选用PloarHT 技术生产的MOS管，它是IXYS公司最新推出的场效应管,IXYS以其专利的晶胞设计和独特的工艺,革命性的提高了场效应管的处理能力,使用户能设计出更高效的电子产品。由于使用了革命性的晶胞设计,使相同面积的芯片导通电阻(Rdson)大幅降低（30%）,同时并不增加栅极电容(Qg),且保持高dv/dt特性。从而使用此系列的场效应管处理电流的能力大幅提升,更容易被高效驱动且热阻大大降低。,tm,屹络玻催吟痰怜浚丛撬帚龟故恿罚掣痔节茁音斤贮椿准幌盆芒庄踞内甸蔑功率场效应管在PDP驱动电路中的应用功率场效应管在PDP驱动电路中的应用,谢谢！,刑过嘘卞蒜船喂竖仑册美矽卤咕腋沃粳掇薄孟蚂畴泽廓爸队屉轿私能佩由功率场效应管在PDP驱动电路中的应用功率场效应管在PDP驱动电路中的应用,