MOSFET驅(qū)動電阻Rg的計算、選取詳解-KIA MOS管

對于電機驅(qū)動來說，MOSFET是實現(xiàn)電流輸出的關(guān)鍵器件，MOS驅(qū)動電路作為控制電路和功率電路的接口，其作用至關(guān)重要，它決定了這個電機驅(qū)動板卡的性能，本文就將詳細(xì)探討MOSFET驅(qū)動電路中驅(qū)動電阻的選型。

驅(qū)動電阻Rg的計算

1、驅(qū)動電阻的下限值

驅(qū)動電阻下限值的計算原則為：驅(qū)動電阻必須在驅(qū)動回路中提供足夠的阻尼，來阻尼MOSFET開通瞬間驅(qū)動電流的震蕩。

圖2 MOSFET開通時的驅(qū)動電流

當(dāng)MOSFET開通瞬間，Vcc通過驅(qū)動電阻給Cgs充電，如圖2所示(忽略Rpd的影響)。根據(jù)圖2，可以寫出回路在s域內(nèi)對應(yīng)的方程:

式(4)給出了驅(qū)動電阻Rg的下限值，式(4)中Cgs為MOSFET管gs的寄生電容，其值可以在MOSFET對應(yīng)的datasheet中查到。

而Lk是驅(qū)動回路的感抗，一般包含MOSFET引腳的感抗，PCB走線的感抗，驅(qū)動芯片引腳的感抗等，其精確的數(shù)值往往難以確定，但數(shù)量級一般在幾十nH左右。

因此在實際設(shè)計時，一般先根據(jù)式(4)計算出Rg下限值的一個大概范圍，然后再通過實際實驗，以驅(qū)動電流不發(fā)生震蕩作為臨界條件，得出Rg下限值。

2、驅(qū)動電阻的上限值

驅(qū)動電阻上限值的計算原則為：防止MOSFET關(guān)斷時產(chǎn)生很大的dV/dt使得MOSFET再次誤開通。

當(dāng)MOSFET關(guān)斷時，其DS之間的電壓從0上升到Vds(off)，因此有很大的dV/dt，根據(jù)公式：i=CdV/dt，該dV/dt會在Cgd上產(chǎn)生較大的電流igd，如圖3所示。

圖3 MOSFET關(guān)斷時的對應(yīng)電流

該電流igd會流過驅(qū)動電阻Rg，在MOSFETGS之間又引入一個電壓，當(dāng)該電壓高于MOSFET的門檻電壓Vth時，MOSFET會誤開通，為了防止MOSFET誤開通，應(yīng)當(dāng)滿足：

式(6)給出了驅(qū)動電阻Rg的上限值，式(6)中Cgd為MOSFET柵源級的寄生電容，Vth為MOSFET的開啟電壓，均可以在對應(yīng)的datasheet中查到，dV/dt則可以根據(jù)電路實際工作時MOSFET的漏源級電壓和MOSFET關(guān)斷時漏源級電壓上升時間(該時間一般在datasheet中也能查到)求得。

從上面的分析可以看到，在MOSFET關(guān)斷時，為了防止誤開通，應(yīng)當(dāng)盡量減小關(guān)斷時驅(qū)動回路的阻抗?；谶@一思想，下面再給出兩種很常用的改進型電路，可以有效地避免關(guān)斷時mos的誤開通問題。

圖4 改進電路1

圖4給出的改進電路1是在驅(qū)動電阻上反并聯(lián)了一個二極管，當(dāng)MOSFET關(guān)斷時，關(guān)斷電流就會流經(jīng)二極管Doff，這樣MOSFET柵源級的電壓就為二極管的導(dǎo)通壓降，一般為0.7V，遠(yuǎn)小于MOSFET的門檻電壓(一般為2.5V以上)，有效地避免了MOSFET的誤開通。

圖5 改進電路2

圖5給出的改進電路2是在驅(qū)動電路上加入了一個開通二極管Don和關(guān)斷三級管Qoff。當(dāng)mos關(guān)斷時，Qoff打開，關(guān)斷電流就會流經(jīng)該三極管Qoff，這樣MOSFET柵源極的電壓就被鉗位至地電平附近，從而有效地避免了MOSFET的誤開通。

總結(jié)

根據(jù)以上的分析，就可以求得MOSFET驅(qū)動電阻的上限值和下限值，一般來說，MOSFET驅(qū)動電阻的取值范圍在5~100歐姆之間，那么在這個范圍內(nèi)如何進一步優(yōu)化阻值的選取呢？

這就要從損耗方面來考慮，當(dāng)驅(qū)動電阻阻值越大時，MOSFET開通關(guān)斷時間越長(如圖6所示)，在開關(guān)時刻電壓電流交疊時間久越大，造成的開關(guān)損耗就越大。所以在保證驅(qū)動電阻能提供足夠的阻尼，防止驅(qū)動電流震蕩的前提下，驅(qū)動電阻應(yīng)該越小越好。

圖6 MOSFET開關(guān)時間隨驅(qū)動電阻的變化

比如通過式(4)和式(6)的計算得到驅(qū)動電阻的下限為5歐姆，上限為100歐姆。那么考慮一定的裕量，取驅(qū)動電阻為10歐姆時合適的，而將驅(qū)動電阻取得太大(比如50歐姆以上)，從損耗的角度來講，肯定是不合適的。

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