基于MOSFET的自保护驱动电路的设计
功率场效应晶体管具有开关速度快，驱动功率小，安全工作区宽，输入阻抗高等优点，是一种理想的压控器件。功率MOSFET具有正的温度系数，且输入阻抗极高，但栅源电容Ci 较大，为提高MOSFET开关速度，提高栅极驱动电压的上升沿和下降沿的陡度，在设计驱动电路时，必须保证驱动电路有较小的输出阻抗。另外，驱动电路是联系强电与弱电的纽带，在电路工作中，强电与弱电完全隔离，故应有隔离强电和弱电的功能。MOSFET的栅源电压最大只有±20V左右，门槛电压Ugs一般为2～6v，当栅源电压Ugs ≥10V时MOSFET就进入饱和导通状态。为了保证可靠触发，尽可能采用强驱动方式。
根据上述MOSFET对驱动电路的要求，下面提出了一种适于MOSFET的自保护驱动电路。该电路已在直流斩波器中应用，实践证明其性能优良。
2、驱动电路及工作原理
图1为高频载波桥式整流驱动电路原理图。它由高频脉冲振汤器，晶体管 ，VT1、VT2、VT3、VT4构成互补电路；脉冲变压器，桥式驱动整流电路及CD4528或CD4538单稳态电路构成的保护环节组成。
G1门电路和2MHz的晶振构成振荡器，经D触发器CD4013分频后得到两路反相脉冲。该脉冲作为G2，G3的输入信号，当控制端Vi为高电平时，G2，G3输出的反相脉冲分别驱动由VTl， VT2和VT3，VT4组成的互补电路。任一时刻，VT1、VT3导通，VT2、VT4截止，或者相反。因此变压器原边得到一交变对称的方波信号。为提高MOSFET的开关速度，晶体管与电源间不接限流电阻。变压器原边的方波电压幅值即为电源电压E，该方波电压经变压器耦合，在其副边得到与原边相似的方波。此方波经VD1 ～ VD4组成的整流桥电路整流后即可接在vMT的栅极直接驱动MOSFET。图2示出该电路各点的输出波形。
当控制信号Vi为低电平时，振荡器输出信号被封锁，门G2，G3同时输出高电平，于是晶体管VT2、VT3处于截止状态，变压器原边不能形成电流通路，因此副边输出电压为零，MOSFET关断。VT5的作用是将MOSFET栅源结电容上贮存的电荷迅速防掉，加速MOSFET的关断过程。
3、几个值得注意的问题和自保护的实现
3.1 CMOS石英晶体振荡器
本电路选用了有CMOS集成电路和石英晶振构成的振荡器。该电路除了结构简单、输出频率稳定和工作可靠外，考虑在满足MOSFET对栅极驱动电平要求的前提下，可使整个电路采用单一的+15V电源，因而简化了电路。图1中振荡器由反相器G1，2MHz晶振及电容Ca，Cb构成。其中Rf的作用是为反相器提供一个偏置，使反相器在线性放大状态。晶振及电容Ca，Cb组成的反馈网络，当电路振荡频率接近石英晶体的固有谐振频率时，电路维持振荡，此时调整Ca，Cb可微调振荡频率。CD4013为具有复位和置位的双D触发器，主要用于对振荡器输出信号的分频，并且通过同相和反相输出端输出两路反相的脉冲信号。在振荡电路中，R厂的取值非常重要，阻值过大或过小都将导致电路工作极不稳定，特别是起振困难。一旦电路停振，必然引起后续电路元件直通损坏。通常Rf的取值范围在100K-100M。
3．2 晶体管互补驱动电路的保护
为提高MOSFET的开关速度，在变压器原边的互补晶体管电路中，晶体管与电源间是不加任何电阻限流的。当振荡器因故停振时，若G2输出高电平，G3输出低电平，则VT1，VT3同时导通，使电源对地短路；若G2输出低电平，G3输出高电平，则VT2，VT4同时导通，也将电源对地短路。因此必须采取一定的保护措施。这里采用一个CD4528或CIM538双单稳态集成触发电路构成的保护电路。在CIM528或CD4538每个单稳态电路中，有两个可再触发的输入端x1或X2，其真值表如下表。
上升沿触发时，触发信号从A端输入，B端接高电平；下降沿触发时，则触发信号从B端输入，A端接低电平[D是复位端，低电平有效。其保护原理是，当振荡器因故停振时，从A端输入的触发信号为一不变的直流电平，由于这时B端和复位端CD都为高电平，从而保证了其反相输出为高电平。该信号同时加至分频器CD4013的4和6脚，使分频器两个输出端也都为高电平，从而可使VT2，VT3 截止，于是就保证了驱动晶体管互补电路不会发生直通短路现象。
3．3 MOSFET栅源问的过电压保护
由于MSFET的栅源极间输入阻抗很高，所以漏源电压的正向、反向突变会通过管子内部的反馈电容Crss的Miller效应耦合到栅极，并产生相当高的正向或反向瞬态电压Vgs过压脉冲，冲击浮栅引起管子永久性损坏，正的Vgs还会导致元件的误导通。为了防止管子输入信号过高，本电路在Vmt的栅源间并联一个稳压管Vdw 在输入信号不太高或输入信号被限幅的应用中，该稳压管可省去。
4、总结
本文提出了一种高频载波桥式整流的功率MOSFET隔离驱动电路。该电路已经在实际研制的带再生制动的直流斩波调速系统中采用。使用结果表明，该电路不仅具有频率响应快、线路简单可靠，控制灵活等特点，而且还有自保护功能。
