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开关功率晶体管的选择和正确操作
时间：2024-07-26 浏览：23
基本上，驱动电路必须对栅极输入电容进行充电和放电，但这不是恒定的。当晶体管从 OFF 切换到 ON 或从 ON 切换到 OFF 时，晶体管将跨越其线性区域。由于 MOSFET 和 JFET 的跨导非常高，漏极和栅极之间的电容将成倍增加。因此，驱动器在跨越线性区域时将承受严重负载，这会导致栅极电压保持在稳定状态。因此，除非驱动器可以提供几安培的电流，否则开关速度将大大减慢。如此强大的输出级需要大型、昂贵的芯片，尤其是 CMOS 芯片。
任何开关速度的比较都是没有意义的，除非同时考虑驱动器。通常需要与栅极串联一个电阻，这决定了导通速度。它必须与一个快速二极管并联，1 N 4150（不是 4148）足以满足大多数中型 MOSFET 的要求。需要这个二极管有两个原因：它可以防止在关断期间电阻上积累过高的电压，并且可以加快关断速度。足够强大的驱动器可以提供几安培的电流和低值栅极电阻，从而限度地缩短开关时间。
如上所述，短开关时间不仅是一个优势：它们可以减少开关损耗，而且会产生更强的 EMI，变压器等中的隔离材料会承受更高的介电应力。这并不总是会导致立即失效，但所有隔离材料的寿命都有限，这取决于工作温度和介电应力，介电应力由工作频率和 dv/dt 决定。在 100 kHz 时，标准聚酯箔所需的电压仅为 50 Hz 时所需电压的 1/10。在赞扬快速开关时，很少提到这一点。例如，请参见三层绝缘电线的寿命曲线。
5.1 常规驱动程序
理想的输出级是低阻抗 CMOS 驱动器，它还将栅极钳位在接地和 Vcc 上。由于驱动器的其他电路大多是双极的，因此需要 BICMOS 芯片。因此，大多数驱动器都是低成本的双极型，并具有准互补 NPN 输出级，其缺点是既不能拉到接地也不能拉到 Vcc，??拉到 + 1 V 和 Vcc - 1 V。Si 功率 MOSFET 的阈值通常为 2 V，有些甚至低至 1 V，因此必须从栅极到接地连接一个电阻。在开启时，只要上电平 > 10 V，就不太重要。超过 12 V 是不必要的，只会注入多余的栅极电荷，这些电荷在关闭时会被去除。
如果接地阻抗和电源阻抗过高，漏电流很容易使 MOSFET 导通，需要考虑工作 Tj 时的漏电流。实际上，该电阻应小于 100 K，更接近 10 K。另一个经常被忽视的原因是：所有驱动器 IC 都需要一个 Vcc 才能工作，低于此电压时，栅极输出保持高阻抗，因此栅极开路！忽略漏电流可能导致寄生导通，从而导致损耗增加，甚至因热失控而损坏。
如果驱动器的输出级太弱，则可以使用互补射极跟随器，通常 BC 330-40/BC 327-40 就足够了。