如何计算MOS驱动电路的参数?

以这个能够控制开关速度的驱动电路为例

如图,D1是驱动电阻Rg2上并联一个快恢复二极管,使关断时间减小同时减小关断损耗,Rg1可以限制关断电流,R1为mos管栅源极的下拉电阻,给mos管栅极积累的电荷提供泄放回路。( 根据MOSFET栅极高输入阻抗的特性,一点点静电或者干扰都可能导致MOS管误导通,所以R1也起降低输入阻抗作用,一般取值在10k~几十k )

Lp为驱动走线的杂散寄生电感,包括驱动IC引脚、MOS引脚、PCB走线的感抗,精确的数值很难确定,通常取几十nH。

驱动电阻Rg的计算:

驱动走线的寄生电感和MOS管的结电容会组成一个LC振荡电路,如果驱动芯片的输出端直接到栅极的话,在PWM波的上升下降沿会产生很大的震荡,导致MOS管急剧发热甚至爆炸,一般的解决方法是在栅极串联电阻,降低LC振荡电路的Q值,使震荡迅速衰减掉。

驱动电阻下限值:

当mos开通瞬间,Vcc通过驱动电阻给Ciss=Cgs+Cgd充电,如上图所示(忽略下拉电阻R1的影响)。根据LC震荡电路模型,可以列出回路在复频域内对应的方程。

求解出I g ,并化为典型二阶系统的形式

再根据LC振荡电路求解二阶系统阻尼系比

那么根据LC振荡电路的特性,为了保证驱动电流ig不发生震荡,该系统要处于过阻尼的状态;即阻尼比必须大于1,则方程式解得Rg=Rg1+Rg2的下限范围

驱动关断电阻上限值:

MOS 管关断时,Vds 产生的高 dv/dt,会使寄生电容 Cgd 放电形成较大电流(Ic=Cdv/dt)。该电流 Igd 流经驱动电阻 Rg ,在 GS 间产生电压 Vgoff=IgdxRg。为防止误导通,Vgoff 不能超过 MOS 导通门槛电压 Vth,

那么列出不等式

则解得驱动电阻Rgoff=Rg1的取值上限

实际设计中,先按避免驱动电流震荡算出 Rg1+Rg2 下限,再以防关断误导通确定 Rg1 上限。最后结合损耗、电磁干扰(EMI)、桥式拓扑死区控制等因素,通过实验调试优化,确定理想的驱动电阻参数 。