什么是超结高压功率MOSFET驱动电路与EMI

巧酱人 2023-02-16 1044

模拟技术

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PWM

刘松刘瞻艾结华曹雪张龙

功率MOSFET通常由PWM或其它模式的控制器IC内部的驱动源来驱动，为了提高关断的速度，实现快速的关断降低关断损耗提高系统效率，在很多ACDC电源、手机充电器以及适配器的驱动电路设计中，通常使用图1的驱动电路，使用合适的开通和关断电阻，并使用栅极下拉的PNP管。一些大功率ACDC电源有时为了提高驱动能力，外部会使用二个对管组成的图腾柱。

PWM

图1：常用栅极驱动电路

图1的驱动电路的特点：

（1）实现快速的关断，降低关断损耗；

（2）减小桥式电路在下管关断、上管开通过程中，dV/dt和Crss在下管栅极产生的感应电压，从而防止下管栅极误触发导通，避免上、下管的直通短路。

图1的驱动电路驱动平面结构和前一代超结结构的功率MOSFET，可以在各种性能之间取得非常好的平衡，但是，新一低超结结构的功率MOSFET的开关速度非常快，因此，使用这样的驱动电路，会产生较大的dV/dt和di/dt，从而对EMI产生影响。

采用AOD600A70R，其中，R1=150，R2=10，R3=10k，分别在输入120V&60HZ、264V&50HZ，输出11V/4A&44W条件下测量关断波形，如图2所示。

PWM

(a) 关断波形，120V&60HZ

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(b) 关断波形，264V&50HZ

图2：采用图1驱动电路的关断波形

电视机板上ACDC电源、电脑适配器等由于具有足够的空间，因此，快的开关速度实现高效的同时，可以通过调整系统输入端的滤波器实现EMI的性能。手机快速充电器内部的空间极其有限，因此，很难通过大幅调整前端的输入滤波器来保证EMI的性能，这种情况下就需要优化驱动电路来改善系统的性能。当然，优化驱动电路对于ACDC电源、电脑适配器，同样可以提高EMI性能。

新一低的超结结构的功率MOSFET的Coss和Crss强烈的非线性特性导致快速的开关特性，那么，就需要通过外部栅极-漏极、漏极-源极并联电容来改善其非线性特性。基于图1的驱动电路，外部并联栅极-漏极电容为11pF，如图3所示，然后测量关断波形，如图4所示。从图4的波形可以看到，外部并联栅极-漏极电容，可以降低di/dt ，但是对dV/dt的影响很小。从EMI的测量结果来看，无法达到系统的要求。为了提高系统的安全性，图中栅极-漏极电容采用二颗高压陶瓷电容串联，C1=C2=22pF。

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