MOSFET的驱动及吸收电路

Vol.5,No.21,July2009,pp.5922，5940

ISSN1009-3044

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第5卷第21期(2009年7月)http://www.dnzs.net.cnTel:+86-551-56909635690964

MOSFET的驱动及吸收电路

张文嘉,钟海峰,王剑斌（武汉大学电气工程学院，湖北武汉430072）

摘要：本文分析了MOSFET的开关特性及吸收保护电路，有效降低开关噪声，保护开关管。关键词：MOSFET；驱动电路；吸收电路中图分类号：TP331

文献标识码：A

文章编号：1009-3044(2009)21-5922-01

1引言

绝缘栅型电力场效应管(电力MOSFET)是一种多数载流子导电的电压控制单级型晶体管。具有工作频率高，开关速度快，以及驱动电路简单等特性，常用于小功率的开关电源等电路中。本文介绍了MOSFET的开关特性、驱动要求，重点讲述了吸收电路的应用，可有效保护MOSFET并减小开关噪声。

2电力MOSFET的开关特性

MOSFET等效电路模型，包括Rg、Lg，即封装端到实际的栅极线路电阻和电感，输入电容（Ciss）、跨接电容（Crss）、输出电容（Coss）分别为：Ciss=Cgs+Cgd，Crss=Cgd，Coss=Cds+Cgd。

MOSFET的开关过程中会产生过电压，包括换相过电压和关断过电压，两者均是由于线路电感中的电流迅速下降，产生较大di/dt，致使管子两端产生过点压。换相过电压主要由于MOSFET及与其反并联的续流二极管在换相结束后不能立刻恢复阻断能力，有

较大的反相电流流过，使残存的载流子恢复，而当其恢复了阻断能力时，反向电流急剧减小，有电流的突变。关断过电压主要是管子在较高频下工作，当器件关断时，正向电流迅速降低，有电流的突变。（如图1所示，在开关的过程中，漏极电压有很大尖峰噪声。）

3电力MOSFET的驱动电路

电力MOSFET是电压驱动器件，其栅源之间有数千皮法的电容（Cgs），栅极电压的高低直接影响着MOSFET的通态压降及开关性能。栅压过低。通态损耗增大，开通时间长；栅压增高。开通时间减小，损耗减小，但关断时间增加，电路故障时的短路电流增大。且随着栅压的增高，栅压噪声容限降低，容易造成栅极击穿。故在一般频率下，栅极驱动电压为12～15V。而关断时施加一定幅值的负驱动电压有利于减小关断时间和损耗，一般为-5V～-15V。为了减小寄生振荡，可在栅极串入一只低阻抗电阻，一般为十几Ω。如果栅源阻抗过高，当漏源电压突变时可能造成栅源电压尖峰电压，可以在栅源间并接阻尼电阻，一般为十几KΩ，或并接约20V的齐纳二极管。

在MOSFET的栅极加方波，由于有输入电容的充放电过程，栅极电压呈梯形波。方波的上升沿，Ugs呈指数增长，当Ugs大于开启电压，开始出现漏极电流，MOSFET导通。方波沿指数曲线下降，当Ugs下降到Ugsp时，漏极电流减小，MOSFET关断。

因此要快速建立合适的驱动电压，其驱动电路需保证：驱动电路要有较小图1开关时的波形的输出电阻；要有足够大的栅源驱动电压；足够的驱动电流；为减小寄生震荡，可以再栅极串入一只低值电阻，阻值随被驱动器件电流额定值的增大而减小；触发脉冲的前后沿要陡峭；关断时可施加一定幅值的负驱动电压。

4电力MOSFET的吸收电路

由于在管子的开关过程中有过电压、过电流的产生，因此，合适的吸收保护电路是必要的。吸收电路可分为关断吸收电路（即du/dt吸收电路）和开通吸收电路（即di/dt吸收电路）。常用的是di/dt抑制电路和充放电型RCD吸收电路（如图2所示）。

RCD吸收电路可以缓冲关断时du/dt，V开通时缓冲电容Cs先通过Rs向V放电，使ic有一定的预值。然后，di/dt抑制电路使ic上升减缓。在V关断时，负载电流通过VDs向Cs分流，抑制了du/dt和过电压。其中，电感较小，但要求通流量大，可用磁珠或是将导线绕几圈代替。二极管均要求是快速恢复型的。电容为吸收电容，常用聚丙稀无感电容，其耐压由电路中的电压值而定。连接电路时要注意各器件相互靠近，引线尽量短。

其容量值由能量守恒可得：

图2di/dt抑制电路和充放电型RCD吸收电路

（下转第5940页）

收稿日期：2009-06-24

5922计算机工程应用技术本栏目责任编辑：贾薇薇

ComputerKnowledgeandTechnology电脑知识与技术第5卷第21期(2009年7月)

Server服务。

3ARP攻击探测器

IP地址与MAC地址绑定是最简单有效的ARP攻击防御方法。但是，在大型公众上网环境中使用静态IP地址和MAC地址的绑定会带来巨大的管理负荷。在大型公众上网网络中无法有效对每一台终端、服务器与网络设备都使用静态ARP表。首先，公众网络终端数量庞大一般的营业性网吧中通常有几百台终端，加上交换机与网络设备后需要维护的ARP表有上千个之多，全部人工设置不现实。其次，DHCP网络动态地址分配以及各种负载均衡策略将无法适应MAC地址绑定。所以，除了MAC地址管理之外，通常需要使用ARP攻击探测器进行对ARP攻击的防御。目前市场上还没有成熟的专门针对ARP攻击的探测器。在大型网络中可以自己通过编程实现，其原理是在其上运行存放一张局域网ARP表，记录有权威的ARP信息，嗅探器通过IDS的原理在路由器镜像口侦听局域网内ARP广播包内容，如果网络内广播包与ARP表不一致，或者ARP广播帧超过合理数量的阀值，则探测器分析后会匹配找到ARP欺骗特征后，探测器马上报警并进行相应的策略联动。

4结束语

由于ARP协议制定时间比较早，当时对这些协议的缺陷考虑不周，使得ARP攻击的破坏性比较大，但其也有局限性，比如ARP攻击只局限在本地网络环境中。最根本的解决措施就是使用IPv6协议，因为在IPv6协议定义了邻机发现协议(NDP)，把ARP纳人NDP并运行于因特网控制报文协议(ICMP)上，使ARP更具有一般性，包括更多的内容。

参考文献：

[1][2][3][4]

专家解读APR病毒[EB/OL].http://security.ccidnet.com/.

马军,王岩.ARP协议攻击及其解决方案[J].微计算机信息,2006,22(15):70-77.

牛少彰,江为强.网络的攻击与防范—理论与实践[M].北京:北京邮电学院出版社,2006.张耀疆.聚集黑客—攻击手段与防护策略[M].北京:人民邮电出版社,2006.

（上接第5922页）

Ls为线路中引线电感，Vcep为关断浪涌电压尖峰值，VinDC为漏极直流电压。简化计算时可用：

tr，tf分别为最大集电极电压上升和下降时间。假设电容器经过3倍时间常数将电放完，则可得R=ton/3C。最后检查在晶体管导通的时候，电容器通过晶体管放电的电流Idis=VCE/R，使其小于0.25Ic。否则，增大R的值。

接上吸收电路后，经实验验证开关尖峰明显减小，管子的发热情况也有大大缓解。

5结束语

通过对电力MOSFET特性的探究，可知，采用合适的驱动电路以及吸收回路，准确计算器件的参数值可以使管子工作在高效状态，同时减小噪声。

参考文献：

[1]王兆安,黄俊.电力电子技术[M].机械工业出版社2005.

[2]胡存生,胡鹏.集成开关电源的设计制作调试与维修[M].人民邮电出版社,1996.

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