小议场效应管的驱动电路

    场效应管的G极和S极是绝缘的，其阻抗达数十兆欧姆，理论上驱动场效应管只需要电压不需要电流，也就是零功率驱动，但许多电路尤其是要驱动功率较大的场效应管时，在G极前面却有一个用PNP型和NPN型三极管组成的推挽推动级，例如电磁炉IGBT管的推动电路。如图1所示。该推动级工作在开关状态，输出功率可以达5W左右，因为是射极输出，所以输出阻抗很小（< 10Ω）。无需功率驱动的场效应管为何要用大功率低阻抗的推动级呢？

      因为场效应管的G、S极间有较大的极间电容，功率越大的管子极间电容容量也越大，如图2所示。在直流或低频工作状态下，该电容影响不是很大，但当工作频率达到数十千赫兹或者数百千赫兹时，该电容的充放电情况将严重影响工作状态，如果驱动场效应管的信号源内阻较大，将会使驱动脉冲的上升沿变缓，场效应管从截止到导通的时间延长；当驱动脉冲下降时，由于该电容的存在，同样使驱动脉冲下降沿变缓，如图3所示，使场效应管从导通到截止的时间延长，这样将使场效应管的功耗大大增加，甚至根本无法工作。设置上述大功率低内阻的推动级就是为了加快极间电容的充放电速度，降低场效应管的导通和截止时的功耗，使场效应管能工作于较高频率下。



    在图1中，驱动脉冲的上升沿使Q2导通，这时由于Q1的b极电压高于e极电压而截止，15V电压通过Q2和R1给G极提供导通电压，同时使G和S的极间电容充电。当脉冲结束时。脉冲的下降沿使Q2快速截止，此时充满电的G、S极间电容电压使Q1的e极高于b极，Q1导通使极间电容快速放电，以准备下一次导通，图4中的Q1和图1的Q1作用是一样的，驱动脉冲由前面的控制芯片提供。在图5中，当驱动脉冲低电平时，D1导通，加速管子截止。



    图6是用变压器驱动场效应管电路，由于变压器绕组直流电阻很小，一般不另外设加速放电元件。在图1中，由于Q1和Q2瞬时要通过较大的电流，不能用高耐压小电流三极管，常用S8050和S8550（最大电流500mA，功耗1W）。Q1、Q2如果有问题也会引起烧功率管，在路检测可以用指针式万用表R×1挡（可提供较大的电流）测Q1、Q2的b-e结和b-c结的正向电阻，如果明显阻值变大，说明该管已变质应更换。
    电阻R1一是起限流作用，防止驱动脉冲上升时G、S极间电容充电电流过大，二是防止场效应管在高频工作时产生寄生振荡，其阻值一般在10Ω～100Ω之间。R2是G和S极间电容的泄放电阻，作用是防止G极悬空，因为G极阻抗极高，D极的高电压会通过D和G极间的电容C1给G和S极间的电容C2充电，当C2充电电压达到G极开启电压时，管子会瞬间全导通，如果D极没有限流措施则会马上烧坏。本人就曾经换好功率管后没焊好管脚就上电，瞬间烧坏功率管《因为该线路板D极和S极有铆打，虽然没焊好但已经接触线路，G极却处于悬空状态）。参见图2，由于G极阻抗极高，按电容分压计算G极电压，当D和S极间的电压超过10V时，C1、C2分压可使G极电压达到管子的导通电压，管子处于失控导通状态。因此，在检修开关管击穿故障时，补焊一下相关驱动电路是很有必要的。
    在图4中，ZD1是一只18V的稳压管，作用是防止加在G极上的电压过高击穿场效应管。当功率管击穿时，该稳压管可能受到冲击，最好一并更换。维修中曾遇到该稳压管漏电引起驱动场效应管的电压幅度变小，导致管子功耗增加而烧毁。
    在液晶电视电路中，有许多用P沟道场效应管组成的电子开关，如图7所示。P沟道管S极接输入电压，只要G极电压小于S极电压3V（5V）场效应管就可以导通，因为这里是直流控制，场效应管的极间电容影响不大，可以用极小的驱动电流去控制大电流，这里的R1在输入电压低于5V时是限流电阻，阻值较小；输入电压大于5V时，R1和R.2组成分压电阻，根据被控制的电压数值选择R1、R2阻值，使G极电压比S极电压低3V（10V）、R2同时是G、S极泄放电阻，所以阻值不能太大。

    另外，一般场效应管G极电压高于（N沟道）或低于（P沟道））S极3V左右管子就导通了，场效应管的导通电阻和上述控制电压的数值有很大关系，当控制电压3V时，虽然管子已导通，但导通电阻较大；控制电压达10V时，导通电阻仅为3V时的一半左右，所以驱动大功率管的驱动电路供电电压要15V左右，当该电压过低时，场效应管虽然也能正常导通，但由于导通电阻增加引起功耗增加也要烧坏管子，所以在维修中要注意驱动电路的供电是否正常。
    有人认为图1中的R2是一只分压电阻，开路后引起驱动电压太高而烧坏IGBT管，这是个误解。因为R1仅10Ω（推动级内阻也小于10Ω）、R2达4.7kΩ，所以R2的分压作用微乎其微，即使R2开路，经估算驱动脉冲仅升高0.03V（推动级15V供电），驱动脉冲不可能升高到使IGBT管击穿，真正原因应该是R2开路后，在某种情况下引起IGBT管G极悬空，造成管子击穿。
    由于驱动场效应管需要用低阻抗大电流的推动电路，如果由于线路接触不良引起驱动回路内阻变大，将增加场效应管的导通损耗和截止损耗，引起无规律烧管。维修中就有因双面线路板过孔电阻过大引起屡烧场效应管的实例。