Драйвер мощного MOSFET на основе операционного усилителя

Suded Emmanuel

P-канальные MOSFET могут упростить конструкцию, если использовать их в качестве ключей верхнего плеча в схемах с напряжениями, превышающими 100 В постоянного тока. При управлении MOSFET необходимо быстро заряжать и разряжать входную емкость между его затвором и истоком, чтобы уменьшить тепловые потери. Решить эту задачу может схема, изображенная на Рисунке 1. В качестве коммутатора, подключающего напряжение 50 В к нагрузке, используется мощный MOSFET типа IRF5305. Последовательность широтно-модулированных импульсов от внешнего генератора коммутирует нагрузку с частотой до 60 кГц и переменным  коэффициентом заполнения. Схема, образованная Q₄, R₅, D₂, R₄, D₃ и R₃, обеспечивает смещение уровня и гарантирует, что напряжение между затвором и истоком Q₇ никогда не превысит 10 В. Когда транзистор Q₄ открыт, напряжение на стабилитроне D₃ равно 10 В. Это напряжение включает транзистор Q₇ через операционный усилитель IC_1A – половину микросхемы MC33072, выпускаемой компанией ON Semiconductor. Усилитель IC_1A имеет скорость нарастания 13 В/мкс и может работать на емкостную нагрузку до 10 нФ.

Рисунок 1.	Операционный усилитель, включенный между шинами 38 В и 50 В, подает питание в нагрузку через мощный MOSFET Q7.

Комбинация D₄, R₁, Q₁, Q₂, R₂ и C₁ формирует «землю» для операционного усилителя, уровень которой составляет 38 В, то есть на 12 В ниже напряжения шины 50 В. Положительное напряжение равно 50 В, а отрицательное составляет 38 В. Анод стабилитрона D₃ подключен к неинвертирующему входу усилителя IC_1A, выход которого управляет затвором транзистора Q₇ напряжением 40 В, что на 10 В ниже напряжения шины 50 В. Схема, состоящая из R₆, Q₅, D₁, R₇, R₈, Q₆, R₉, R₁₀ и Q₃, быстро подключает анод D₃ к 50 В, вследствие чего Q₇ закрывается. Транзистор Q₅ работает как инвертор, который включает Q₆, который, в свою очередь, открывая Q₃, быстро подключает анод D₃ к напряжению 50 В и, таким образом, управляет затвором Q₇. Диоды Шоттки D₁ и D₂ поочередно увеличивают скорость переключения транзисторов Q₅ и Q₄.

Операционный усилитель IC_1A с единичным усилением, благодаря его высокой скорости нарастания, быстрому установлению, способности работать на емкостную нагрузку и обратной связи по напряжению затвора, увеличивает скорость переключения транзистора Q₇. Используя эту схему, можно добиться времени нарастания и времени спада на выходе транзистора Q₇ примерно 500 нс.

1. Datasheet ON Semiconductor MC33072
2. Datasheet International Rectifier IRF5305
3. Datasheet ON Semiconductor PN200A
4. Datasheet ON Semiconductor BD135G
5. Datasheet ON Semiconductor BD136G