MOSFET知識(shí)-關(guān)于MOSFET驅(qū)動(dòng)電阻的選擇,圖文詳解
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關(guān)于MOSFET驅(qū)動(dòng)電阻的選擇
等效驅(qū)動(dòng)電路：
L為PCB走線電感，根據(jù)他人經(jīng)驗(yàn)其值為直走線1nH/mm，考慮其他走線因素，取L=Length+10（nH），其中Length單位取mm。
Rg為柵極驅(qū)動(dòng)電阻，設(shè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)為12V峰值的方波。
Cgs為MOSFET柵源極電容，不同的管子及不同的驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)會(huì)不一樣，這兒取1nF。VL+VRg+VCgs=12V
根據(jù)走線長(zhǎng)度可以得到Rg最小取值范圍。 分別考慮20m長(zhǎng)m和70mm長(zhǎng)的走線： L20=30nH，L70=80nH， 則Rg20=8.94Ω，Rg70=17.89Ω， 以下分別是電壓電流波形：
可以看到當(dāng)Rg比較小時(shí)驅(qū)動(dòng)電壓上沖會(huì)比較高，震蕩比較多，L越大越明顯，此時(shí)會(huì)對(duì)MOSFET及其他器件性能產(chǎn)生影響。但是阻值過(guò)大時(shí)驅(qū)動(dòng)波形上升比較慢，當(dāng)MOSFET有較大電流通過(guò)時(shí)會(huì)有不利影響。
此外也要看到，當(dāng)L比較小時(shí)，此時(shí)驅(qū)動(dòng)電流的峰值比較大，而一般IC的驅(qū)動(dòng)電流輸出能力都是有一定限制的，當(dāng)實(shí)際驅(qū)動(dòng)電流達(dá)到IC輸出的最大值時(shí)，此時(shí)IC輸出相當(dāng)于一個(gè)恒流源，對(duì)Cgs線性充電，驅(qū)動(dòng)電壓波形的上升率會(huì)變慢。
電流曲線就可能如左圖所示（此時(shí)由于電流不變，電感不起作用）。這樣可能會(huì)對(duì)IC的可靠性產(chǎn)生影響，電壓波形上升段可能會(huì)產(chǎn)生一個(gè)小的臺(tái)階或毛刺。
一般IC的PWM OUT輸出如圖所示，內(nèi)部集成了限流電阻Rsource和Rsink，通常Rsource>Rsink，具體數(shù)值大小同IC的峰值驅(qū)動(dòng)輸出能力有關(guān)，可以近似認(rèn)為R=Vcc/Ipeak。一般IC的驅(qū)動(dòng)輸出能力在0.5A左右，因此Rsource在20Ω左右。
由前面的電壓電流曲線可以看到一般的應(yīng)用中IC的驅(qū)動(dòng)可以直接驅(qū)動(dòng)MOSFET，但是考慮到通常驅(qū)動(dòng)走線不是直線，感量可能會(huì)更大，并且為了防止外部干擾，還是要使用Rg驅(qū)動(dòng)電阻進(jìn)行抑制。考慮到走線分布電容的影響，這個(gè)電阻要盡量靠近MOSFET的柵極。
可以看到L對(duì)上升時(shí)間的影響比較小，主要還是Rg影響比較大。上升時(shí)間可以用2*Rg*Cgs來(lái)近似估算，通常上升時(shí)間小于導(dǎo)通時(shí)間的二十分之一時(shí)，MOSFET開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)的損耗不致于會(huì)太大造成發(fā)熱問(wèn)題，因此當(dāng)MOSFET的最小導(dǎo)通時(shí)間確定后Rg最大值也就確定了，一般Rg在取值范圍內(nèi)越小越好，但是考慮EMI的話可以適當(dāng)取大。
以上討論的是MOSFET ON狀態(tài)時(shí)電阻的選擇，在MOSFET OFF狀態(tài)時(shí)為了保證柵極電荷快速瀉放，此時(shí)阻值要盡量小，這也是Rsink
實(shí)際使用中還要考慮MOSFET柵漏極還有個(gè)電容Cgd的影響，MOSFET ON時(shí)Rg還要對(duì)Cgd充電，會(huì)改變電壓上升斜率，OFF時(shí)VCC會(huì)通過(guò)Cgd向Cgs充電，此時(shí)必須保證Cgs上的電荷快速放掉，否則會(huì)導(dǎo)致MOSFET的異常導(dǎo)通。-MOSFET驅(qū)動(dòng)電阻的選擇
MOS管柵極串聯(lián)電阻如何確定
從理論上說(shuō)，MOS管的輸入電阻很大，所以這個(gè)電阻絕不是為了提升輸入電阻或者限流作用。在低頻條件下，這個(gè)電阻有點(diǎn)安慰性質(zhì)，不接也罷。但在高頻時(shí)，情況就變了，MOSFET的輸入阻抗將降低，而且在某個(gè)頻率范圍內(nèi)將變成負(fù)阻，會(huì)發(fā)生振蕩。
為改變控制脈沖的前后沿陡度和防止震蕩,減小集電極的電壓尖峰,應(yīng)在柵極串上合適的電阻Rg ，當(dāng) Rg 增大時(shí),導(dǎo)通時(shí)間延長(zhǎng),損耗發(fā)熱加劇;Rg減小時(shí),di/dt增高,可能產(chǎn)生誤導(dǎo)通,使器件損壞。
應(yīng)根據(jù)管子的電流容量和電壓額定值以及開(kāi)關(guān)頻率來(lái)選取Rg的數(shù)值.通常在幾歐至幾十歐之間(在具體應(yīng)用中,還應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況予以適當(dāng)調(diào)整)。另外為防止門極開(kāi)路或門極損壞時(shí)主電路加電損壞器件,建議在柵源間加入一電阻Rge,阻值為10kΩ左右。