如何計算MOS驅動電路的參數?

以這個能夠控制開關速度的驅動電路為例

如圖,D1是驅動電阻Rg2上並聯一個快恢復二極體,使關斷時間減小同時減小關斷損耗,Rg1可以限制關斷電流,R1為mos管柵源極的下拉電阻,給mos管柵極積累的電荷提供泄放迴路。( 根據MOSFET柵極高輸入阻抗的特性,一點點靜電或者干擾都可能導致MOS管誤導通,所以R1也起降低輸入阻抗作用,一般取值在10k~幾十k )

Lp為驅動走線的雜散寄生電感,包括驅動IC引腳、MOS引腳、PCB走線的感抗,精確的數值很難確定,通常取幾十nH。

驅動電阻Rg的計算:

驅動走線的寄生電感和MOS管的結電容會組成一個LC振蕩電路,如果驅動晶元的輸出端直接到柵極的話,在PWM波的上升下降沿會產生很大的震蕩,導致MOS管急劇發熱甚至爆炸,一般的解決方法是在柵極串聯電阻,降低LC振蕩電路的Q值,使震蕩迅速衰減掉。

驅動電阻下限值:

當mos開通瞬間,Vcc通過驅動電阻給Ciss=Cgs+Cgd充電,如上圖所示(忽略下拉電阻R1的影響)。根據LC震蕩電路模型,可以列出迴路在復頻域內對應的方程。

求解出I g ,並化為典型二階系統的形式

再根據LC振蕩電路求解二階系統阻尼系比

那麼根據LC振蕩電路的特性,為了保證驅動電流ig不發生震蕩,該系統要處於過阻尼的狀態;即阻尼比必須大於1,則方程式解得Rg=Rg1+Rg2的下限範圍

驅動關斷電阻上限值:

MOS 管關斷時,Vds 產生的高 dv/dt,會使寄生電容 Cgd 放電形成較大電流(Ic=Cdv/dt)。該電流 Igd 流經驅動電阻 Rg ,在 GS 間產生電壓 Vgoff=IgdxRg。為防止誤導通,Vgoff 不能超過 MOS 導通門檻電壓 Vth,

那麼列出不等式

則解得驅動電阻Rgoff=Rg1的取值上限

實際設計中,先按避免驅動電流震蕩算出 Rg1+Rg2 下限,再以防關斷誤導通確定 Rg1 上限。最後結合損耗、電磁干擾(EMI)、橋式拓撲死區控制等因素,通過實驗調試優化,確定理想的驅動電阻參數 。