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MOSFET柵極驅動電路設計有哪些注意事項?
發布時間:2022-10-17 閱讀量:1141 來源:我愛方案網整理 作者:我愛方案網

1、柵極-發射極尖峰電壓防護

 

在 MOSFET 的柵極和源極之間添加一個外部齊納二極管,可以有效防止發生靜電放電和柵極尖峰電壓。但要注意,齊納二極管的電容可能有輕微的不良影響。


柵極尖峰電壓的防護 


圖 1 柵極尖峰電壓的防護

 

2、 最佳的柵極電阻器

 

開關速度根據柵極電阻器值而有所不同。增大柵極電阻器值會降低MOSFET 的開關速度,并增大其開關損耗。減小柵極電阻器值會增大MOSFET 的開關速度,但由于線路雜散電感和其它因素的影響,可能在其漏極端子和源極端子之間產生了尖峰電壓。


因此,必須選擇最佳的柵極電阻器。有時會使用不同的柵極電阻器來開通和關斷 MOSFET。圖 2 顯示了使用不同的柵極電阻器進行開通和關斷的示例。

 

柵極電阻器 

 

圖 2 柵極電阻器

 

3、 柵極故障預防

 

MOSFET 的一大問題在于其漏柵電容會導致出現寄生開通(自開通)現象。關斷后,MOSFET 的源極和漏極之間形成陡峭的 dv/dt。產生的電流經由漏柵電容流到柵極。導致柵極電阻器中發生的電壓降提高柵極電壓。該電流計算如下:

 

iDG=Cgd·dVDS/dt

 

圖 3 顯示了電流通路。


如果 dv/dt 的斜率極為陡峭,則根據柵源電容與柵漏電容的比率為 MOSFET 的柵極施加電壓。如果出現這種情況,可能會發生自開通。

 

如果在二極管反向恢復期間對處于關斷狀態的 MOSFET 施加快速變化的電壓,也可能發生自開通。有三種方法可以防止出現自開通現象:

 

在柵極和源極之間添加一個電容器

 

在柵極和源極之間插入的電容器會吸收因 dv/dt 產生的漏柵電流。該電路如圖 4 中所示。由于柵源電容器與 Cgs 在 MOSFET 內部并聯連接,因此柵極電荷會增加。如果柵極電壓固定,您可以通過改變柵極電阻器值來保持 MOSFET 的開關速度不變,但這樣會增大消耗的驅動功率。

 

米勒箝位電路

 

米勒箝位電路利用開關器件使 MOSFET 的柵極與源極之間的通路發生短路。通過在相關 MOSFET 的柵極和源極之間添加另一個 MOSFET 來實現短路。在圖 5 中,如果電壓降至預定義電壓以下,低于米勒電壓,則通過比較器提供邏輯高,開通柵極和源極之間的 MOSFET。而這樣又會使輸出 MOSFET 的柵源通路發生短路,并抑制通過反饋電容器Crss 和柵極電阻器的電流導致的柵極電壓升高。

 

可將關斷柵極電壓驅動到負值,避免其超過 Vth。但這種方法需要負電源

 

柵極故障的機理 

 

圖 3 柵極故障的機理


在柵極和源極之間添加電容器 

 

圖 4 在柵極和源極之間添加電容器

 

米勒箝位電路 

 

圖 5 米勒箝位電路

 

我們使用圖 6 中所示的電路模擬自開通現象。自開通由 iDG(dv/dt 電流)和柵極電阻造成,會導致發生誤開通。

 

在反向恢復模式中,如果 Q2 在電感負載電流通過 Q1 的二極管回流時開通,電感電流會流過 Q2,導致相關的二極管關斷。我們研究了對關斷狀態的 MOSFET 施加高 dv/dt 電壓時會發生的情況。為促使發生自開通現象,圖 6 中只改變了與 Q1 相關的柵極電阻器 R4。

 

自開通波形的測試電路 

 

圖 6 自開通波形的測試電路

 

無自開通的波形(左圖) 和 自開通波形(右圖) 

 

圖 7 無自開通的波形(左圖) 和 自開通波形(右圖)

 

接下來,如圖 8 中所示,我們為圖 6 中所示電路在 MOSFET Q1 的柵極端子和源極端子之間添加了一個電容器。該電容器的用途是吸收柵電流(Cgd·dVDS/dt),以便降低柵極電阻器產生的柵極電壓,從而降低自開通電壓。

 

圖 9 顯示了改進后的波形。由于柵源電容器的添加改變了 MOSFET 開關時間,應一并調整其電容和柵極電阻。


在柵極和源極之間添加電容器 

 

圖 8 在柵極和源極之間添加電容器

 

改進后的自開通波形 

 

圖 9 改進后的自開通波形

 

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