MOS學(xué)習(xí)筆記—驅(qū)動電阻參數(shù)計算

在簡單的了解MOS管的基本原理以及相關(guān)參數(shù)后，如何在實際的電路中運用是我們努力的方向。

比如在實際的MOS驅(qū)動電路設(shè)計中，如何去根據(jù)需求搭建電路，計算參數(shù)，根據(jù)特性完善電路，根據(jù)實際需求留余量等等，在這些約束條件下搭建一個相對完善的電路。參考了一些資料后，就我目前的需求和自身的理解力分享相關(guān)的一些筆記和理解。

1. 常見的MOSFET驅(qū)動方式

直接驅(qū)動

最簡單的驅(qū)動方式，比如用單片機輸出PWM信號來驅(qū)動較小的MOS。使用這種驅(qū)動方式，應(yīng)注意幾點；一是實際PWM和MOS的走線距離必定導(dǎo)致寄生電感引起震蕩噪聲，二是芯片的驅(qū)動峰值電流，因為不同芯片對外驅(qū)動能力不一樣。三是MOS的寄生電容Cgs、Cgd如果比較大，導(dǎo)通就需要大的能量，沒有足夠的峰值電流，導(dǎo)通的速度就會比較慢。

圖騰柱/推拉式驅(qū)動電路

由兩個三極管構(gòu)成，上管是NPN型，下管是PNP型三極管，兩對管共射聯(lián)接處為輸出端，結(jié)構(gòu)類似于乙類推挽功率放大器。利用這種拓?fù)浞糯篁?qū)動信號，增強電流能力。（ 驅(qū)動IC內(nèi)部也是集成了類似的結(jié)構(gòu) ）

隔離式驅(qū)動電路

為了滿足安全隔離也會用變壓器驅(qū)動。如圖其中R1抑制振蕩，C1隔直流通交流同時防止磁芯飽和。隔離式的驅(qū)動電路不太常見，就不做過多的了解。

小結(jié)： * 當(dāng)然除以上驅(qū)動電路之外，還有很多其它形式的驅(qū)動電路。對于各種各樣的驅(qū)動電路并沒有一種是最好的，只能結(jié)合具體應(yīng)用，選擇最合適的拓?fù)?/strong> 。* **

2. 驅(qū)動電路的參數(shù)計算

我的實際工作中碰到最多的驅(qū)動電路是以下這種能夠控制開關(guān)速度的驅(qū)動電路，我就以它舉例做進一步的分析。

如圖，在驅(qū)動電阻Rg2上并聯(lián)一個二極管。其中D1常用快恢復(fù)二極管，使關(guān)斷時間減小同時減小關(guān)斷損耗，Rg1可以限制關(guān)斷電流，R1為mos管柵源極的下拉電阻，給mos管柵極積累的電荷提供泄放回路。（ 根據(jù)MOSFET柵極高輸入阻抗的特性，一點點靜電或者干擾都可能導(dǎo)致MOS管誤導(dǎo)通，所以R1也起降低輸入阻抗作用，一般取值在10k~幾十k ）

Lp為驅(qū)動走線的雜散寄生電感，包括驅(qū)動IC引腳、MOS引腳、PCB走線的感抗，精確的數(shù)值很難確定，通常取幾十nH。

• 驅(qū)動電阻Rg的計算

驅(qū)動走線的寄生電感和MOS管的結(jié)電容會組成一個LC振蕩電路，如果驅(qū)動芯片的輸出端直接到柵極的話，在PWM波的上升下降沿會產(chǎn)生很大的震蕩，導(dǎo)致MOS管急劇發(fā)熱甚至爆炸，一般的解決方法是在柵極串聯(lián)電阻，降低LC振蕩電路的Q值，使震蕩迅速衰減掉。

驅(qū)動電阻下限值：

當(dāng)mos開通瞬間，Vcc通過驅(qū)動電阻給Ciss=Cgs+Cgd充電，如上圖所示(忽略下拉電阻R1的影響)。根據(jù)LC震蕩電路模型，可以列出回路在復(fù)頻域內(nèi)對應(yīng)的方程。

求解出i g ，并化為典型二階系統(tǒng)的形式

再根據(jù)LC振蕩電路求解二階系統(tǒng)阻尼系比

那么根據(jù)LC振蕩電路的特性，為了保證驅(qū)動電流ig不發(fā)生震蕩，該系統(tǒng)要處于過阻尼的狀態(tài)；即阻尼比必須大于1，則方程式解得Rg=Rg1+Rg2的下限范圍

驅(qū)動關(guān)斷電阻上限值：

MOS關(guān)斷時，Vds會產(chǎn)生很大的dv/dt，那么由于寄生電容Cgd的存在，就會對回路進行放電繼而產(chǎn)生較大的電流，根據(jù)公式：Ic=Cdv/dt。那么回路上Igd流過驅(qū)動電阻Rg,又會在GS間產(chǎn)生一個電壓Vgoff=IgdxRg。這樣我們的方向就是不能讓其高于MOS導(dǎo)通的門檻電壓Vth以避免誤導(dǎo)通。

那么列出不等式

則解得驅(qū)動電阻Rgoff=Rg1的取值范圍

總結(jié)：

在實際設(shè)計中，我們就可以根據(jù)理論公式，以避免驅(qū)動電流不發(fā)生震蕩為條件計算出Rg1+Rg2的下限范圍，以避免關(guān)斷誤導(dǎo)通為條件得出驅(qū)動上限值即得到Rg1的取值范圍。

然后再根據(jù)實際的實驗在考慮損耗、EMI、以及應(yīng)用在橋式拓?fù)渲械乃绤^(qū)控制等優(yōu)化方向上，不斷調(diào)試出想要特性參數(shù)。那么，通過基本的分析后，我們也得出一個MOS驅(qū)動電路設(shè)計的大方向；一個好的MOSFET驅(qū)動電路應(yīng)當(dāng)有以下幾點要求：

（1） 導(dǎo)通時，驅(qū)動電路應(yīng)能提供足夠大的充電電流使MOSFET柵源極間電壓迅速上升到所需值，保證開關(guān)管能快速開通且不存在上升沿的高頻振蕩。

（2） 開關(guān)導(dǎo)通期間驅(qū)動電路能保證MOSFET柵源極間電壓保持穩(wěn)定且可靠導(dǎo)通。

（3） 關(guān)斷瞬間驅(qū)動電路要提供一個盡可能低阻抗的通路供MOSFET柵源極間電容電壓的快速泄放，保證開關(guān)管能快速關(guān)斷，同時可以提供負(fù)壓以避免干擾和誤導(dǎo)通。

（4） 驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)簡單可靠、損耗小，還要根據(jù)情況隔離。