功率驱动电路设计.ppt

功率驱动电路设计,一、功率场效应晶体管（MOSFET）,1、功率场效应晶体管结构特点,图1-1 电力MOSFET的结构和电气图形符号,功率MOSFET是一种单极性器件，导通时只有一种极性的载流子（多子）参与导电。（如N型MOS管，多子是电子）功率MOSFET是一种集成器件，也就是说一个功率MOS管通常有许多元细胞并联而成。（一个40A的管子由上万个单元并联而成）。栅极与基片之间用SiO2隔离，因此它同其它两个极之间是绝缘的，故MOS管输入阻抗非常高。MOS管的极间电容比较大，尤其它的输入电容可达几百PF。,2.MOS管主要技术参数,漏源电压BVDS MOSFET的工作电压主要由MOS管的漏极击穿电压BVDS决定，而BVDS又是J1结的反偏电压极限值。BVDS随温度而变化，在一定的范围内大约结温度每升高10，BVDS增加1%，也就是说结温上升，耐压值也上升。（而双极型晶体管则相反）。最大漏极电流IDmax 标称MOS管电流额定参数。MOS管的额定电流主要由沟道宽度决定，提高IDmax主要靠增加单位管芯面积的沟道宽度。,阈值电压VGS（th）（开启电压）当外加栅极电压VGS（th）时，漏区和源区的表面反型层形成了连接的沟道。一般MOS管的开启电压为2-4V。导通电阻（Ron）相当于双极型器件的饱和电阻，它主要有沟道电阻Rc和漂移区电阻Rd所决定。最高工作频率fm 在漏极电压VDS的作用下，电子从源区出发，通过沟道到达漏区需要一定的时间。当控制信号的周期与此时间相当时，电子就来不及跟随信号变化，这个信号的频率就是VMOS管的最高工作频率fm。,极间电容功率场效应管极间电容是影响器件开关频率的主要因素。三个极间电容如图1-14所示。输入电容：Ciss=CGS+CGD输出电容：Coss=CDS+CGD,图12,二、LED及继电器驱动1、LED显示器驱动A、动态显示,LED显示可选择动态扫描显示，或选74LS164移位寄存器作静态显示。,目前普通LED发光管的最大驱动电流为20MA，故可取每段发光管的最大驱动电流为IF=2.5mA。,B、静态显示用74LS164，,74LS164每路输出端最大灌电流为8mA,(但电源端最大工作电流为54mA).故取:,2、继电器驱动A、用分立元件,可取继电器工作电流50mA,三极管放大倍数为100则:,B、用达林顿集成电路驱动,如果系统中有多个信号继电器需要驱动,可考虑用ULN2000系列达林顿驱动集成电路。,8路达林顿驱动芯片ULN2800系列:,三、功率MOS管驱动电路设计,驱动电路主电路与控制电路之间的桥梁。性能良好的驱动电路，可使电力电子器件工作在较理想的开关状态，缩短开关时间，减小开关损耗，对提高装置的运行效率、可靠性和安全性都有重要意义。功率MOS管驱动电路的主要作用有：电平转移 电流放大 电气隔离 故障保护,A、用分立元件构成的驱动电路,采用上述分立元件电路的优点是成本低,缺点是驱动电路自身功耗大，波形上升沿和下降沿都不够陡。解决驱动电路自身功耗大的方法是用小功率MOS管如2N7000（60V/0.2A,N)代替S8050,用NTK3142(-20V/0.28A,P)代替S8550。改善MOS管栅极驱动波形的办法只能是加大它栅极驱动电流。,B、低端MOS管的驱动,采用IR4427的双路低端驱动,C、高端MOS管驱动电路,D、MOS管半桥驱动电路,E、MOS管全桥驱动电路,全桥驱动可用2片半桥驱动集成电路（IR2110）：,F、自带振荡电路的全桥驱动芯片,G、D类功放驱动电路,四、直流电机驱动 传统小功率直流电机控制采用线性集成电路如LB298，但功耗太大，为此可采用开关集成电路。,五、步进电机驱动,控制极 1 2 3 4 5 6 7 8 5+4-3-2-1-,节拍：1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11,脉冲时序图：,5：4：3：2：1：,基于单片机的控制的步进电路驱动电路：,功率驱动集成电路主要生产商:,