当式(4)表示一个R-C时间常数时,采用TC为3意味着充电后,电容充电量达到充电电压的95%。在栅极电压达到6V时,大多数的MOSFET完全处于“开”的状态。基于此,TC值为1时(即充电量达到充电电压的63%时)可能就满足应用需求了,并且允许使用额定电流更低的驱动器IC。
电机控制应用中的MOSFET驱动器选择
让我们来设计一个示例,即为电机控制应用选择一个MOSFET驱动器,在电机控制应用中,电机的速度和旋转方向是变化的。该应用要求用于电机的电压是可调的。通常,电机类型、功率开关拓扑和功率开关元件将指定必需的栅极驱动电路以实现这种要求。
第一步是为该应用选择正确的功率开关元件,它由被驱动电机的额定功率来决定。一个需要考虑的重要参数是启动电流值,它的值最高可以达到稳态工作电流值的3倍。
在电机驱动应用中,主要有两种功率开关元件可供选择——MOSFET和IGBT。如果选择MOSFET,那么就可以得出栅极驱动应用中MOSFET驱动器的额定功率。
如图1所示,器件的输入级把输入的低电压信号转化成电压覆盖全范围(GND到Vdd)的信号。MOSFET Q1和Q2代表的是MOSFET驱动器的上拉和下拉输出驱动器级。将MOSFET驱动器的输出级看作MOSFET的一个推挽对,就容易理解它是如何工作的。
图1 MOSFET驱动器示例的电路框图
对于同相驱动器,当输入信号变为高态时,Q1和Q2共同的栅极信号被拉低。该栅极节点的电压从Vdd转变到GND所需的时间通常少于10ns。这种快速转变抑制了在Q1和Q2之间产生交越导通的时间,并且使Q1迅速地达到其完全增强态,以尽快实现峰值电流。除图1的示例外,还有其他的MOSFET驱动器电路结构。
当电机被驱动时,功率开关元件和栅极驱动电路是已知的,可以根据上面的公式(4)或公式(5)来选择MOSFET。
使用电子数据表选择MOSFET驱动器
当选定MOSFET后,可以使用由供应商提供的电子数据表来选择一个合适的MOSFET驱动器,这种便于使用的工具能快速地确定MOSFET驱动器所需峰值电流。
首先,选择一个MOSFET,并将它的数据手册放在手边。现在,在正确的框中填入输入条件的值,例如MOSFET的源漏电压(Vds)、MOSFET的栅源电压(Vgs)、MOSFET驱动器电压(Vdd)、开关频率、占空比、预估的上升时间(tr)和栅极总电荷(QG)。于是就能计算出MOSFET驱动器的峰值输出电流IPK。根据IPK的值就能确定合适的、具有成本效益的MOSFET驱动器。选定MOSFET驱动器后,工具能够计算出器件的功耗和允许的最大工作环境温度,此处假定热损耗不计。