采用图腾柱方式驱动MOSFET电路设计

采用图腾柱方式驱动采用图腾柱方式驱动 MOSFETMOSFET 的电路分析的电路分析 1 1、、原理图原理图 Vcc 15V Q1 R110k A 0V R4 4k7 R2 0R E Q2 R3100R Cgs 上图为典型的图腾柱输出方式驱动 MOSFET 的电路。由于前端 I/O 口的对 外驱动能力（一般为十几或者二十几 mA）有限，为了提高对 MOSFET 的驱动 能力，因此采用图腾柱电路。 由于 MOSFET 是压控型器件，则 GS 两端电压只要大于 4.5V（导通时的阈 值电压）时即可导通，为了使 MOSFET 可靠导通，则一般要求 GS 两端的电压 要大于 12V（不同型号的管子该电压不同） ，因此要求 MOSFET 的驱动电压幅值 至少要大于 12V。 此外， 由于 MOSFET 的 GS 两端存在寄生电容， 驱动 MOSFET 的过程就是对该电容充放电的过程，充电的快慢反应 MOSFET 导通或关断的速 度，而开关的速度又影响了MOSFET 的开关损耗及 EMI 等内容，同时，充电的 快慢又由充电电流的大小决定。 综上所述，要想驱动 MOSFET 正常导通和关断，则要考虑驱动幅值电压及 对 GS 两端电容充电电流的大小。 因此，下面分别从驱动 MOSFET 的幅值电压及充电电流（驱动能力）的大 小两个方面来分析该电路。而幅值电压及充电电流与图中的驱动方波的幅值、电 源电压 Vcc、电阻R2 及电阻 R3 等有关。因此，以下主要通过改变这些参数来验 证电路设计的合理性。 2 2、、电路分析电路分析 （1）驱动方波幅值为 15V、电源电压为 10V、电阻 R2=0R。电路如下图所示： 10V 15V R110k 0V R4 4k7 R2 0R E Q2 R3100R Cgs Q1 流过流过R3R3的驱动电流波形的驱动电流波形 放电波形放电波形 充电波形充电波形 E E点驱动电压波形点驱动电压波形 Q1Q1饱和导通时，饱和导通时， 其其E E极电压为极电压为10V10V Q1Q1的的cece两端的电压波形两端的电压波形最低最低0V:0V:完全饱和导通完全饱和导通 R1R1两端有两端有5V5V压降压降 R1R1两端的电压波形两端的电压波形 下图为仿真测试波形： 从以上波形可知，在驱动波形为高电平（15V）时，Q1 完全饱和导通，其 ce 间的压降为 0V，此时电源电压直接加在点 E 处，即 MOSFET 的驱动电压幅 值为 10V，而不是驱动波形的射极跟随电压 14.3V，这样存在的问题是，如果电 源电压再小的话，则 MOSFET 的驱动电压幅值会更低。同时，在驱动波形刚变 为高电平时，流过电阻 R3 有一个尖峰电流，该电流就是对 MOSFET 的 GS 端电 容充电的电流波形，由于 Cgs电容很小，因此充电时间很短，充满后就不存在充 电电流，因此该电流波形在很短的时间内为尖峰。 （2）驱动方波幅值为 15V、电源电压为 15V、电阻 R2=0R。电路如下图所示： 15V 15V R110k 0V R4 4k7 R2 0R E Q2 R3100R Cgs Q1 下图为仿真测试波形： 充电波形充电波形 流过流过R3R3的驱动电流波形的驱动电流波形 放电波形放电波形 E E点驱动电压波形点驱动电压波形 Q1Q1饱和导通时，饱和导通时， 其其E E极电压为极电压为15V15V Q1Q1的的cece两端的电压波形两端的电压波形 最低接近最低接近0V0V：饱和：饱和 从以上波形可知，在驱动波形为高电平（15V）时，Q1 完全饱和导通，其 ce 间的压降为 0V，此时电源电压直接加在点 E 处，即 MOSFET 的驱动电压幅 值为 15V，能满足 MOSFET 的驱动要求。 （3）驱动方波幅值为 15V、电源电压为 18V、电阻 R2=0R。电路如下图所示： 18V 15V R110k 0V R4 4k7 R2 0R E Q2 R3100R Cgs Q1 流过流过R3R3的驱动电流波形的驱动电流波形 充电波形充电波形 放电波形放电波形 E E点驱动电压波形点驱动电压波形 Q1Q1放大区时，放大区时， 其其E E极电压为极电压为15V15V Q1Q1的的cece两端的电压波形两端的电压波形 最低接近最低接近3V3V：： 工作于放大区工作于放大区 下图为仿真测试波形： 从以上波形可知，在驱动波形为高电平（15V）时，Q1 处于放大区，其 ce 间的压降约为 3V，而观察 E 点波形发现，其幅值为 14.3V，跟随 Q1 的 b 极驱动 波形的幅值。而 ce 间的压降即为电源电压与 E 点之间的压差，该压差加在 Q1 的 ce 两端会增加 Q1 的损耗。 （4）驱动方波幅值为 15V、电源电压为 18V、电阻 R2=10K。电路如下图所示： 18V 15V R110k 0V R4 4k7 R2 10K E Q2 R3100R Cgs Q1 流过流过R3R3的驱动电流波形的驱动电流波形 充电波形充电波形 放电波形放电波形 流过流过R2R2的电流波形的电流波形 E E点驱动电压波形点驱动电压波形 充电时间慢，限制了充电时间慢，限制了 电压跟随，仅为电压跟随，仅为10V10V Q1Q1的的cece两端的电压波形两端的电压波形 最低最低0V0V：：Q1Q1饱和饱和 R2R2两端的电压波形两端的电压波形 最低最低8VZ8VZ左右左右 下图为仿真测试波形： 从以上波形可知，在驱动波形为高电平（15V）时，Q1 处于饱和状态，其 ce 间的压降约为 0V，而点 E 的波形为慢速上升的过程，最终充电电压为 12V，