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一种大功率场效应管隔离驱动电路
余洋 云南交通技术学院

摘要：本文介绍了一种高性能的的大功率场效应管隔离驱动电路，并就其技术原理、性能、特点以及运用做了详细的阐述。
关键词：场效应管,隔离,驱动电路

A high power MOSFET isolated driver circuit
Yu Yang yunnan traffic institute of technology

abstract：This article describes one model of china-made high-power MOSFET Isolation drive Circuit and detailed introduction of its performance,features and application.
Keywords: MOSFET, Isolation, drive Circuit

1 概述
大功率场效应管因工作频率高，驱动损耗小等优点在高频大功率电子设备中成为不可替代的功率半导体器件，尤其是在高频大功率开关电源以及高频感应加热设备中，大功率场效应管几乎是了唯一可以选择的功率器件。由于主回路工作电压高，驱动功率大，且开关频率高，为了减少功率变换电路对控制电路（尤其是以DSP等数字处理器为核心的控制系统）干扰，实际运用中需要把功率电路和控制电路隔离，因此就需要具有隔离驱动功能的大功率场效应管驱动电路。目前市场上的场效应驱动器很多，但大多以IR公司的小功率的专用IC为主，这类IC的缺点在于本能实现控制电路与功率电路的隔离驱动，且驱动能力小。本文向大家介绍的大功率场效应管隔离驱动电路具有驱动功率大、工作频率高、电路简单等特点，可应用于250A/1000V以内容量的大功率场效应管隔离驱动。
电路采用了变压器调制解调隔离驱动技术，信号延迟时间短，抗干扰能力强；采用了干扰脉冲抑制技术，脉冲宽度小于调制电路RS触发器1/2时钟周期宽度的干扰脉冲都将被忽略；内部集成隔离的DC/DC变换电路，只需外供15V电源即可稳定工作。

2 电路主要技术特性
特性指标
符号
定 义
参数
单位
最小
典型
最大
VS
原边供电电压
14
15
16
V
ISO
原边空载电流

60

mA
原边最大电流

150
mA
PDC
集成DC/DC输出功率

1

W
IoutPEAK
输出峰值电流

12
A
fmax
最大开关频率

600
kHz
δ
占空比
0

100
%
VDS
最高MOS阻断电压VDS

1000
V
Vi
输入信号电压
0

15
V
ViT+
逻辑高输入门限电压
4

V
ViT-
逻辑低输入门限电压

2
V
VG(on)
开通电压

+15

V
VG(off)
关断电压

0

V
td(on)
开通延迟时间

0.5

us
td(off)
关断延迟时间

0.7

us

3 技术原理
本文介绍的大功率场效应管隔离驱动电路主要由DC/DC变换电路、信号调制电路、信号解调电路以及功率驱动电路构成。电路原理图见图1。

图1 电路原理图
电路主要由一只施密特触发器CD40106、两只RS触发器CD4013以及一只1:1的网络隔离变压器构成。内部DC/DC变换器通过施密特触发器产生频率约500kHZ的方波驱动场效应管V4，经T1隔离后得到幅值为15V的稳定直流电压。施密特触发器U1E和UEF产生频率约2MHz的方波信号作为RS触发器U2的时钟信号，输入信号经U2、V2、V3和C4调制后生成两倍于信号频率的短脉冲信号，短脉冲的上升沿分别对应输入信号好的上升沿和下降沿。
图中R6和C9是上电复位电路，电路上电后，RS触发器U3的S引脚和R引脚均为低电平，CLK引脚的电平由低电平变为高电平，U3的输出端输出为低。V5、V6以及RS触发器U3构成高压端的信号解调电路。信号上升沿的短脉冲送给U3的置为引脚，信号下降沿的短脉冲送给U3的复位引脚，还原后的信号从U3的Q端输出。还原后的信号经高频三极管放大后便可直接驱动大功率场效应管。

CD4013真值表

图2 调制解调时序波形
（波形由上而下分别为：输入波形、上升沿短脉冲、下降沿短脉冲、输出波形）
4 典型运用
大功率场效应管隔离驱动电路的典型运用如图3和图4所示。图3采用了两只栅极驱动电阻Ron和Roff，通过调整Ron和Roff的阻值，可以调整大功率场效应管的开通和关断速度。在驱动多只并联的场效应管时，由于管子的参数不可能完全一致，因此每只场效应管的栅极应各用一只驱动电阻RG，不可将栅多只场效应管的栅极直接并联。

图3 典型运用电路1

图4 典型运用电路2
图5是本电路驱动APT公司大功率场效应管APT77N60JC3的实测波形，驱动频率为150kHz。APT77N60JC3是77A/600V大功率场效应模块。

图5 实测波形
（上为驱动输入波形，下为驱动输出波形）

5 结论
本文介绍的的大功率场效应管隔离驱动电路采用了变压器调制解调隔离驱动技术以及干扰脉冲抑制技术，信号延迟时间短，工作频率高，抗干扰能力强。电路集成隔离的DC/DC变换电路，电路简洁、使用方便。该电路可应用于250A/1000V以内容量的各种大功率场效应管隔离驱动。

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