N沟道VMOSFET驱动电路

N沟道VMOSFET驱动电路
与双极型晶体管相比，VMOSFET的优点是：（1）参与导电的只有多数载流子，不存在复合少数载流子所表现出来的存储效应，从而具有高的开关速度。②具有宽的安全工作区而不会产生热点，无二次击穿现象，而且耐压具有正的温度系数，所以有高的可靠性。③导通电阻具有正的温度系数，容易进行并联使用。④具有强的过载能力，短时过载能力通常为额定值的四倍。⑤具有高的开启电压(即阈值电压，2～4V)，因此有较高的噪声容限和抗干扰能力，给电路设计带来了极大的方便。⑥具有极高的输入阻抗，所需驱动功率很小，对驱动电路要求较低。
由于VMOSFET的众多优点，目前被越来越多地应用于开关电源等功率控制领域。高耐压、大电流的N沟道VMOSFET型号很多，选择余地很大，价格也比较便宜。相比之下，高耐压、大电流的P沟道VMOSFET型号则比较少，选择余地很小，价格也比较高。因此，绝大多数情况下都选用N沟道VMOSFET。当VMOSFET的源极S接电路地时，驱动电路很好设计。但在串联型开关电源中，VMOSFET驱动电路的设计很有技巧性，尤其是单一电源供电的情况。下面介绍一种新颖的驱动方式，日本尤塔卡电机株式会社生产的YDS305开关稳压模块就采用了这种驱动电路。该驱动电路用于驱动N沟道VMOSFET。
工作原理 1、利用主电源建立辅助电源 VMOSFET的开启电压(即阈值电压或门槛电压)为2～4V，为保证N沟道VMOSFET充分导通，必须使Vcs≥4V，一般取10V左右。在串联型开关电源中，开关管与负载即输出电压是串联的。开关管导通时，源极S的电位等于输入电压(忽略VMOSFET导通电阻上的压降)。因此，PWM驱动级的供电电源必须高于输入电压。在单一电源供电的情况下，只有通过输入电压建立辅助电源。D1、D2、C1、C2、Q5等元件构成了10V辅助电源。其工作原理是：当开关管Q1截止(此时续流二极管D3导通)时，输入电压经二极管D1给电容C1快速充电。C1充满电时两端电压就等于输入电压。该电压经Q5、D2组成的串联稳压电路得到10V辅助电源，与源极S的电位迭加后作为PWM驱动级的供电电源。这样就保证了开关管Q1的栅极G比源极S高出10V，从而保证了VMOSFET充分导通。需要说明的一点是，虽然辅助电源是10V串联稳压电源，但当输入电压大于4V而小于10V时。此串联稳压电路起电压跟随作用。VMOSFET仍能导通。串联稳压电源设定10V输出的原因，是防止高输入电压时VMOSFET的G、S极击穿。
2、高速驱动电路 Q2、Q3、Q4、R2组成高速驱动电路。VMOSFET的开关速度由其极间电容CGs、CGD、CDs决定。要提高开关速度，就必须减小栅、源结电容CGs的充、放电时间，也就是说要提高栅、源结电容CGS的充、放电电流。CGS的充电时间决定开关管的开通时间，放电时间决定开关管的关断时间。当PWM脉冲为低电平时，经Q2倒相放大变为高电平，由Q3射极输出器进行电流放大，送到N沟道VMOSFET开关管Q1的栅极，栅、源结电容CGS迅速充电，开关管Q1快速导通。当PWM脉冲为高电平时，经Q2倒相放大变为低电平，射极输出器Q4饱和导通，栅、源结电容CGS迅速放电，开关管Q1快速截止。由于Q3、Q4都接成射极输出器形式。有很强的负载驱动能力，所以栅、源结电容CGS的充、放电相当快，提高 了开关速度。大大降低了其开通损耗和关断损耗。

通过上述分析可以看出，这是一款相当好的N沟道VMOSFET驱动电路。电路结构简单，构思巧妙，性能优良，特别适用于单电源供电的串联型DC—DC开关变换器中。
最后再介绍一下VMOSFET的电极判另U和好坏判别。以N沟道VMOSFET为例。用数字万用表的二极管档进行测试。①电极判别：判别的依据是栅极G为浮栅，与源极S和漏极D之间是绝缘的。源极S和漏极D之间有一只寄生二极管，源极S是二极管的正极，漏极D是二极管的负极。先用手捏一下三个电极，放掉G、S结电容电荷。然后用表笔测量各电极，若某脚与其它两脚都不通，则该脚为栅极G，其它两脚为源极S和漏极D。再用手捏一下三个电极，放掉测试过程中G、S结电容所充电荷，然后据二极管的特性区分出源极S和漏极D。②好坏判别：用红表笔接栅极G，黑表笔接源极S，给G、S结电容充电，再把红表笔移到漏极D，此时管子是导通的，显示较小的数值。再用手触及一下G、S极，给G、S结电容放电，此时管子是截止的，显示超量程。此管即可判断为好的。数字万用表二极管档的测试电源为2．8V。能够触发VMOSFET导通。