功率场效应管在PDP驱动电路中的应.ppt

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1、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,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,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

2、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。,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

3、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。,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,（1）耐压BVdss(V)（2）最大直流漏电流Id(A)（3）漏源导通电阻Rd

4、s(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：,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

5、“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,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。,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

6、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,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,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

7、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。,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M

8、OS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。,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,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I

9、R2110S高得多。,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。,介绍两种基本的PDP驱

10、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,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,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）。,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,谢谢！,