MOSFET驅(qū)動(dòng)電阻Rg的計(jì)算、選取詳解-KIA MOS管

對(duì)于電機(jī)驅(qū)動(dòng)來(lái)說(shuō)，MOSFET是實(shí)現(xiàn)電流輸出的關(guān)鍵器件，MOS驅(qū)動(dòng)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(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)板卡的性能，本文就將詳細(xì)探討MOSFET驅(qū)動(dòng)電路中驅(qū)動(dòng)電阻的選型。

驅(qū)動(dòng)電阻Rg的計(jì)算

1、驅(qū)動(dòng)電阻的下限值

驅(qū)動(dòng)電阻下限值的計(jì)算原則為：驅(qū)動(dòng)電阻必須在驅(qū)動(dòng)回路中提供足夠的阻尼，來(lái)阻尼MOSFET開(kāi)通瞬間驅(qū)動(dòng)電流的震蕩。

圖2 MOSFET開(kāi)通時(shí)的驅(qū)動(dòng)電流

當(dāng)MOSFET開(kāi)通瞬間，Vcc通過(guò)驅(qū)動(dòng)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(duì)應(yīng)的方程:

式(4)給出了驅(qū)動(dòng)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(duì)應(yīng)的datasheet中查到。

而Lk是驅(qū)動(dòng)回路的感抗，一般包含MOSFET引腳的感抗，PCB走線的感抗，驅(qū)動(dòng)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(jí)一般在幾十nH左右。

因此在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，一般先根據(jù)式(4)計(jì)算出Rg下限值的一個(gè)大概范圍，然后再通過(guò)實(shí)際實(shí)驗(yàn)，以驅(qū)動(dòng)電流不發(fā)生震蕩作為臨界條件，得出Rg下限值。

2、驅(qū)動(dòng)電阻的上限值

驅(qū)動(dòng)電阻上限值的計(jì)算原則為：防止MOSFET關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生很大的dV/dt使得MOSFET再次誤開(kāi)通。

當(dāng)MOSFET關(guān)斷時(shí)，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(huì)在Cgd上產(chǎn)生較大的電流igd，如圖3所示。

圖3 MOSFET關(guān)斷時(shí)的對(duì)應(yīng)電流

該電流igd會(huì)流過(guò)驅(qū)動(dòng)電阻Rg，在MOSFETGS之間又引入一個(gè)電壓，當(dāng)該電壓高于MOSFET的門檻電壓Vth時(shí)，MOSFET會(huì)誤開(kāi)通，為了防止MOSFET誤開(kāi)通，應(yīng)當(dāng)滿足：

式(6)給出了驅(qū)動(dòng)電阻Rg的上限值，式(6)中Cgd為MOSFET柵源級(jí)的寄生電容，Vth為MOSFET的開(kāi)啟電壓，均可以在對(duì)應(yīng)的datasheet中查到，dV/dt則可以根據(jù)電路實(shí)際工作時(shí)MOSFET的漏源級(jí)電壓和MOSFET關(guān)斷時(shí)漏源級(jí)電壓上升時(shí)間(該時(shí)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(shí)，為了防止誤開(kāi)通，應(yīng)當(dāng)盡量減小關(guān)斷時(shí)驅(qū)動(dòng)回路的阻抗。基于這一思想，下面再給出兩種很常用的改進(jìn)型電路，可以有效地避免關(guān)斷時(shí)mos的誤開(kāi)通問(wèn)題。

圖4 改進(jìn)電路1

圖4給出的改進(jìn)電路1是在驅(qū)動(dòng)電阻上反并聯(lián)了一個(gè)二極管，當(dāng)MOSFET關(guān)斷時(shí)，關(guān)斷電流就會(huì)流經(jīng)二極管Doff，這樣MOSFET柵源級(jí)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(kāi)通。

圖5 改進(jìn)電路2

圖5給出的改進(jìn)電路2是在驅(qū)動(dòng)電路上加入了一個(gè)開(kāi)通二極管Don和關(guān)斷三級(jí)管Qoff。當(dāng)mos關(guān)斷時(shí)，Qoff打開(kāi)，關(guān)斷電流就會(huì)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(kāi)通。

總結(jié)

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

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

圖6 MOSFET開(kāi)關(guān)時(shí)間隨驅(qū)動(dòng)電阻的變化

比如通過(guò)式(4)和式(6)的計(jì)算得到驅(qū)動(dòng)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(dòng)電阻為10歐姆時(shí)合適的，而將驅(qū)動(dòng)電阻取得太大(比如50歐姆以上)，從損耗的角度來(lái)講，肯定是不合適的。

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