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1、功率驱动电路设计第1页，此课件共50页哦一、功率场效应晶体管（一、功率场效应晶体管（MOSFET）1 1、功率场效应晶体管结构特点、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第2页，此课件共50页哦p功率功率MOSFET是一种单极性器件，导通时只有一种极性的是一种单极性器件，导通时只有一种极性的载流子（多子）参与导电。（如载流子（多子）参与导电。（如N型型MOS管，多子是电子）管，多子是电子）p功率功率MOSFET是一种集成器件，也就是说一个功率是一种集成器件，也就是说一个功率MOS管通常有许多元细胞并联而成。（一个管通常有许多元细胞并联而成。（一个40A的管的管子
2、由上万个单元并联而成）。子由上万个单元并联而成）。p栅极与基片之间用栅极与基片之间用SiO2隔离，因此它同其它两个极之间是隔离，因此它同其它两个极之间是绝缘的，故绝缘的，故MOS管输入阻抗非常高。管输入阻抗非常高。pMOS管的极间电容比较大，尤其它的输入电容可达几百管的极间电容比较大，尤其它的输入电容可达几百PF。第3页，此课件共50页哦2.MOS管主要技术参数管主要技术参数 p 漏源电压漏源电压BVDS MOSFET的工作电压主要由的工作电压主要由MOS管的漏极击穿电压管的漏极击穿电压BVDS决定，而决定，而BVDS又是又是J1结的反偏电压极限值。结的反偏电压极限值。BVDS随温度而变化，在
3、一定的范围内大约结温度每升高随温度而变化，在一定的范围内大约结温度每升高10，BVDS增加增加1%，也就是说结温上升，耐压值也上升。（而，也就是说结温上升，耐压值也上升。（而双极型晶体管则相反）。双极型晶体管则相反）。p最大漏极电流最大漏极电流IDmax 标称标称MOS管电流额定参数。管电流额定参数。MOS管的额定电流主管的额定电流主要由沟道宽度决定，提高要由沟道宽度决定，提高IDmax主要靠增加单位管芯面主要靠增加单位管芯面积的沟道宽度。积的沟道宽度。第4页，此课件共50页哦p阈值电压阈值电压VGS（th）（）（开启电压）开启电压）当外加栅极电压当外加栅极电压VGS（th）时，漏区和源区的表
4、面反时，漏区和源区的表面反型层形成了连接的沟道。一般型层形成了连接的沟道。一般MOS管的开启电压为管的开启电压为2-4V。p p导通电阻（导通电阻（导通电阻（导通电阻（RonRon）相当于双极型器件的饱和电阻，它主要有沟道电相当于双极型器件的饱和电阻，它主要有沟道电相当于双极型器件的饱和电阻，它主要有沟道电相当于双极型器件的饱和电阻，它主要有沟道电阻阻阻阻RcRc和漂移区电阻和漂移区电阻和漂移区电阻和漂移区电阻RdRd所决定。所决定。所决定。所决定。p p最高工作频率最高工作频率最高工作频率最高工作频率f fmm 在漏极电压在漏极电压在漏极电压在漏极电压VDSVDS的作用下，电子从源区出发，通
5、过的作用下，电子从源区出发，通过的作用下，电子从源区出发，通过的作用下，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沟道到达漏区需要一定的时间。当控制信号的周期与此沟道到达漏区需要一定的时间。当控制信号的周期与此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，这个信号的时间相当时，电子就来不及跟随信号变化，这个信号的时间相当时，电子就来不及跟随信号变化，这个信号的时间相当时，电子就来不及跟随信号变化，这个信号的频率就是频率就是频率就是频率就是VMOSVMOS管的最高工作频率管的最高工作频率管的最高工作频率管的最高工作频率f fmm。
6、第5页，此课件共50页哦p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图图12第6页，此课件共50页哦第7页，此课件共50页哦第8页，此课件共50页哦第9页，此课件共50页哦二、二、LED及继电器驱动及继电器驱动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。第10页，此课件共50页哦 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。第11页，此课件共50页哦B、静态显示用74LS
7、164，第12页，此课件共50页哦 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:第13页，此课件共50页哦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:第14页，此课件共50页哦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。第15页，此课件共50页哦第16页，此课件共50页哦8路达林顿驱动芯片ULN2800系列:第17页，此课件共50页哦第18页，此课件共50页哦三、功率三、功率MOS管驱动电路设计管驱动电路设计 驱动电路驱动电路驱动电路驱动电路主电路与控
8、制电路之间的桥梁。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。高装置的运行效率、可靠性和安全性都有重要意义。功率功率MOSMOS管驱动电路的主要作用有：管驱动电路的主要作用有：p 电平转移电平转移p p 电流放大电流放大p p 电气隔离电气隔离p p 故障保护故障保护第19页，此课件共50页哦A、用分立元件构成的驱动电路第20页，此课件共50页哦 采用上述分立元件电路的优点是成本低,
9、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。第21页，此课件共50页哦B、低端MOS管的驱动第22页，此课件共50页哦第23页，此课件共50页哦第24页，此课件共50页哦第25页，此课件共50页哦采用IR4427的双路低端驱动第26页，此课件共50页哦C、高端MOS管驱动电路第27页，此课件共50页哦第28页，此课件共50页哦第29页，此课件共50页哦第30页，此课件共5
10、0页哦D、MOS管半桥驱动电路第31页，此课件共50页哦第32页，此课件共50页哦第33页，此课件共50页哦第34页，此课件共50页哦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）：第35页，此课件共50页哦F、自带振荡电路的全桥驱动芯片第36页，此课件共50页哦第37页，此课件共50页哦G、D类功放驱动电路第38页，此课件共50页哦第39页，此课件共50页哦四、直流电机驱动四、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。第40页，此课件共50页哦第41页，此课件共50页哦第42页，此课件共50页哦第43页，此
11、课件共50页哦第44页，此课件共50页哦第45页，此课件共50页哦五、步进电机驱动五、步进电机驱动名称:24BYJ48-01额定电压12VDC相数4减速比1/64步距角5.625/64直流电阻507%(25)空载牵入频率600Hz空载牵出频率1000Hz第46页，此课件共50页哦 控制极 1 2 3 4 5 6 7 8 5 +4 -3 -2 -1 -第47页，此课件共50页哦节拍：1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 脉冲时序图：5：4：3：2：1：第48页，此课件共50页哦 基于单片机的控制的步进电路驱动电路：第49页，此课件共50页哦功率驱动集成电路主要生产商功率驱动集成电路主要生产商:WWW.IRF.COMWWW.ST.COMWWW.NXP.COMWWW.ONSEMI.COMWWW.FAIRCHILDSEMI.COM第50页，此课件共50页哦