MOSFET的驱动及吸收电路

Computer Knowledge and Technology 电脑知识

与技术第5卷第21期(2009年7月)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K Ω，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：（下转第5940页）收稿日期：2009-06-24

图1开关时的波形

图2di/dt 抑制电路和充放电型RCD 吸收电路ISSN 1009-3044Computer Knowledge and Technology 电脑知识与技术Vol.5,No.21,July 2009,pp.5922，5940E-mail:kfyj@ Tel:+86-551-56909635690964

Computer Knowledge and Technology 电脑知识与技术第5卷第21期(2009年7月)（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：

t r ，t f 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=V CE /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.

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]

专家解读APR 病毒[EB/OL]./.[2]

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.[3]

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.[4]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.