MOS管的驅動對其工作效果起著決定性的作用。設計師既要考慮減少開關損耗
，又要求驅動波形較好即振蕩小、過衝小
、EMI小。這兩方麵往往是互相矛盾的，需要尋求一個平衡點，即驅動電路的優化設計。驅動電路的優化設計包含兩部分內容：一是最優的驅動電流
、電壓的波形；二是最優的驅動電壓、電流的大小。在進行驅動電路優化設計之前，必須先清楚MOS管的模型、MOS管的開關過程、MOS管的柵極電荷以及MOS管的輸入輸出電容、跨接電容
、等效電容等參數對驅動的影響。

 

 

MOS管的等效電路模型及寄生參數如圖1所示。圖1中各部分的物理意義為：

 

（1）LG和LG代表封裝端到實際的柵極線路的電感和電阻。

 

（2）C1代表從柵極到源端N+間的電容，它的值是由結構所固定的。

 

（3）C2+C4代表從柵極到源極P區間的電容。C2是電介質電容，共值是固定的。而C4是由源極到漏極的耗盡區的大小決定
，並隨柵極電壓的大小而改變。當柵極電壓從0升到開啟電壓UGS（th）時
，C4使整個柵源電容增加10%～15%。

 

（4）C3+C5是由一個固定大小的電介質電容和一個可變電容構成，當漏極電壓改變極性時，其可變電容值變得相當大。

 

（5）C6是隨漏極電壓變換的漏源電容。

 

 

 

MOS管輸入電容（Ciss）
、跨接電容（Crss）、輸出電容（Coss）和柵源電容
、柵漏電容、漏源電容間的關係如下： 

 

 

 

開關管的開關模式電路如圖2所示，二極管可是外接的或MOS管固有的。開關管在開通時的二極管電壓、電流波形如圖3所示。

 

在圖3的階段1開關管關斷，開關電流為零
，此時二極管電流和電感電流相等；

 

在階段2開關導通
，開關電流上升，同時二極管電流下降。開關電流上升的斜率和二極管電流下降的斜率的絕對值相同，符號相反；

 

在階段3開關電流繼續上升，二極管電流繼續下降
，並且二極管電流符號改變

，由正轉到負；

 

在階段4，二極管從負的反向最大電流IRRM開始減小，它們斜率的絕對值相等；在階段5開關管完全開通
，二極管的反向恢複完成，開關管電流等於電感電流。

 

 

 

圖4是存儲電荷高或低的兩種二極管電流、電dian壓ya波bo形xing。從cong圖tu中zhong可ke以yi看kan出chu存cun儲chu電dian荷he少shao時shi，反fan向xiang電dian壓ya的de斜xie率lv大da
，並bing且qie會hui產chan生sheng有you害hai的de振zhen動dong。而er前qian置zhi電dian流liu低di則ze存cun儲chu電dian荷he少shao，即ji在zai空kong載zai或huo輕qing載zai時shi是shi最zui壞huai條tiao件jian。所suo以yi進jin行xing優you化hua驅qu動dong電dian路lu設she計ji時shi應ying著zhe重zhong考kao慮lv前qian置zhi電dian流liu低di的de情qing況kuang
，即ji空kong載zai或huo輕qing載zai的de情qing況kuang

，應ying使shi這zhe時shi二er極ji管guan產chan生sheng的de振zhen動dong在zai可ke接jie受shou範fan圍wei內nei。

 

 

 

柵極電荷QG是使柵極電壓從0升到10V所需的柵極電荷

，它可以表示為驅動電流值與開通時間之積或柵極電容值與柵極電壓之積。現在大部分MOS管的柵極電荷QG值從幾十納庫侖到一

、兩百納庫侖。

 

柵極電荷QG包含了兩個部分：柵極到源極電荷QGS；柵極到漏極電荷QGD—即“Miller”電荷。QGS是使柵極電壓從0升到門限值（約3V）所需電荷；QGD是漏極電壓下降時克服“Miller”效應所需電荷，這存在於UGS曲線比較平坦的第二段（如圖5所示），此時柵極電壓不變、柵極電荷積聚而漏極電壓急聚下降，也就是在這時候需要驅動尖峰電流限製，這由芯片內部完成或外接電阻完成。實際的QG還可以略大，以減小等效RON
，但是太大也無益
，所以10V到12V的驅動電壓是比較合理的。這還包含一個重要的事實：需要一個高的尖峰電流以減小MOS管損耗和轉換時間。

 

 

 

重要是的對於IC來說，MOS管的平均電容負荷並不是MOS管的輸入電容Ciss,而是等效輸入電容Ceff(Ceff=QG/UGS)
，即整個0

 

漏極電流在QG波形的QGD階段出現，該段漏極電壓依然很高
，MOS管的損耗該段最大，並隨UDS的減小而減小。QGD的大部分用來減小UDS從關斷電壓到UGS(th)產生的“Miller”效應。QG波形第三段的等效負載電容是：
 

 

 

在zai大da多duo數shu的de開kai關guan功gong率lv應ying用yong電dian路lu中zhong
，當dang柵zha極ji被bei驅qu動dong
，開kai關guan導dao通tong時shi漏lou極ji電dian流liu上shang升sheng的de速su度du是shi漏lou極ji電dian壓ya下xia降jiang速su度du的de幾ji倍bei，這zhe將jiang造zao成cheng功gong率lv損sun耗hao增zeng加jia。為wei了le解jie決jue問wen題ti可ke以yi增zeng加jia柵zha極ji驅qu動dong電dian流liu，但dan增zeng加jia柵zha極ji驅qu動dong上shang升sheng斜xie率lv又you將jiang帶dai來lai過guo衝chong
、振蕩、EMI等deng問wen題ti。優you化hua柵zha極ji驅qu動dong設she計ji，正zheng是shi在zai互hu相xiang矛mao盾dun的de要yao求qiu中zhong尋xun求qiu一yi個ge平ping衡heng點dian，而er這zhe個ge平ping衡heng點dian就jiu是shi開kai關guan導dao通tong時shi漏lou極ji電dian流liu上shang升sheng的de速su度du和he漏lou極ji電dian壓ya下xia降jiang速su度du相xiang等deng這zhe樣yang一yi種zhong波bo形xing，理li想xiang的de驅qu動dong波bo形xing如ru圖tu6所示。

 

圖6的UGS波形包括了這樣幾部分：

 

UGS第一段是快速上升到門限電壓；UGS第二段是比較緩的上升速度以減慢漏極電流的上升速度
，但此時的UGS也必須滿足所需的漏極電流值；UGS第四段快速上升使漏極電壓快速下降；UGS第di五wu段duan是shi充chong電dian到dao最zui後hou的de值zhi。當dang然ran
，要yao得de到dao完wan全quan一yi樣yang的de驅qu動dong波bo形xing是shi很hen困kun難nan的de
，但dan是shi可ke以yi得de到dao一yi個ge大da概gai的de驅qu動dong電dian流liu波bo形xing
，其qi上shang升sheng時shi間jian等deng於yu理li想xiang的de漏lou極ji電dian壓ya下xia降jiang時shi間jian或huo漏lou極ji電dian流liu上shang升sheng的de時shi間jian，並bing且qie具ju有you足zu夠gou的de尖jian峰feng值zhi來lai充chong電dian開kai關guan期qi間jian的de較jiao大da等deng效xiao電dian容rong。該gai柵zha極ji尖jian峰feng電dian流liuIP的計算是：電荷必須完全滿足開關時期的寄生電容所需。
 

 

 


 

 

在筆者設計的48V50A電路中采用雙晶體管正激式變換電路，其開關管采用IXFH24N50
，其參數為：

 

 

 

根據如前所述，驅動電壓、電流的理想波形不應該是一條直線，而應該是如圖6所示的波形。實驗波形見圖7。

 

 
 

 

本文詳細介紹了MOS管的電路模型、開關過程、輸入輸出電容、等效電容、電荷存儲等對MOS管驅動波形的影響

，及根據這些參數對驅動波形的影響進行的驅動波形的優化設計實例

，取得了較好的實際效果。

 

影響MOSFET開關速度除了其本身固有Tr,Tf外,還有一個重要的參數:Qg (柵極總靜電荷容量).該參數與柵極驅動電路的輸出內阻共同構成了一個時間參數,影響著MOSFET的性能(你主板的MOSFET的柵極驅動電路就集成在IRU3055這塊PWM控製芯片內); r6 @0 k" S/ l3 }4 u, r/ W

 

廠家給出的Tr,Tf值,是在柵極驅動內阻小到可以忽略的情況下測出的,實際應用中就不一樣了,特別是柵極驅動集成在PWM芯片中的電路,從PWM到MOSFET柵極的布線的寬度,長度,都會深刻影響MOSFET的性能.如果PWM的輸出內阻本來就不低,加上MOS管的Qg又大,那麼不論其Tr,Tf如何優秀,都可能會大大增加上升和下降的時間

 

偶認為,BUCK同步變換器中,高側MOS管的Qg比RDS等其他參數更重要,另外,柵極驅動內阻與Qg的配合也很重要,一定 程度上就是由它的充電時間決定高側MOSFET的開關速度和損耗..

 

 

電荷瀉放慢
，說明時間常數大。時間常數是Ciss與Rgs的乘積。柵源極絕緣電阻大
，說明製造工藝控製較好，材料、xinpianheguankefengzhuangdebiaomianzazhishao
，loudianshao。shijianchangshuda

，zhayuanjidengxiaoshurudianrongyeda。zhayuanjidengxiaoshurudianrong
，yuguanxinchicunchengzhengbibingyuguanxinshejiyouguan。tongchang
，guanxinchicunda
，Ron(導通電阻)小、跨導（增益）大。

柵源極等效電容大，會增加開關時間、降低開關性能
、降低工作速度、增加功率損耗。Ciss與yu電dian荷he注zhu入ru率lv成cheng正zheng比bi，可ke能neng還hai與yu外wai加jia電dian壓ya有you關guan並bing具ju有you非fei線xian性xing等deng。以yi上shang，均jun是shi在zai相xiang同tong條tiao件jian下xia的de對dui比bi。從cong應ying用yong角jiao度du出chu發fa，同tong等deng價jia格ge

，多duo數shu設she計ji希xi望wang選xuan用yong3個等效電容（包括Ciss）小的器件。Ciss=Cgd+Cgs

，充放電時間上也有先後，先是Cgs充滿，然後是Cgd.。

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