Драйвер мощного MOSFET на основе операционного усилителя

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.

Материалы по теме

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