《電子技術(shù)應(yīng)用》
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關(guān)于MOSFET驅(qū)動電阻的選擇
摘要: L為PCB走線電感,,根據(jù)他人經(jīng)驗(yàn)其值為直走線1nH/mm,考慮其他走線因素,取L=Length+10(nH),,其中Length單位取mm。
關(guān)鍵詞: MOS|IGBT|元器件 MOSFET 柵極 電阻
Abstract:
Key words :

L為PCB走線電感,,根據(jù)他人經(jīng)驗(yàn)其值為直走線1nH/mm,,考慮其他走線因素,取L=Length+10(nH),,其中Length單位取mm,。

Rg為柵極驅(qū)動電阻,設(shè)驅(qū)動信號為12V峰值的方波,。

Cgs為MOSFET柵源極電容,,不同的管子及不同的驅(qū)動電壓時會不一樣,這兒取1nF,。

VL+VRg+VCgs=12V

計(jì)算式

計(jì)算式

這是個3階系統(tǒng),,當(dāng)其極點(diǎn)為3個不同實(shí)根時是個過阻尼震蕩,有兩個相同實(shí)根時是臨界阻尼震蕩,,當(dāng)有虛根時是欠阻尼震蕩,,此時會在MOSFET柵極產(chǎn)生上下震蕩的波形,這是我們不希望看到的,,因此柵極電阻Rg阻值的選擇要使其工作在臨界阻尼和過阻尼狀態(tài),,考慮到參數(shù)誤差實(shí)際上都是工作在過阻尼狀態(tài)。

根據(jù)以上得到

計(jì)算式

計(jì)算式

因此根據(jù)走線長度可以得到Rg最小取值范圍,。

等效驅(qū)動電路圖

等效驅(qū)動電路圖

分別考慮20m長m和70mm長的走線: L20=30nH,,L70=80nH, 則Rg20=8.94Ω,,Rg70=17.89Ω,,

以下分別是電壓電流波形:

電壓電流波形

電壓電流波形

可以看到當(dāng)Rg比較小時驅(qū)動電壓上沖會比較高,震蕩比較多,,L越大越明顯,,此時會對MOSFET及其他器件性能產(chǎn)生影響。但是阻值過大時驅(qū)動波形上升比較慢,,當(dāng)MOSFET有較大電流通過時會有不利影響,。

MOSFET有較大電流通過時

MOSFET有較大電流通過時

此外也要看到,當(dāng)L比較小時,,此時驅(qū)動電流的峰值比較大,,而一般IC的驅(qū)動電流輸出能力都是有一定限制的,當(dāng)實(shí)際驅(qū)動電流達(dá)到IC輸出的最大值時,,此時IC輸出相當(dāng)于一個恒流源,,對Cgs線性充電,,驅(qū)動電壓波形的上升率會變慢。電流曲線就可能如左圖所示(此時由于電流不變,,電感不起作用),。這樣可能會對IC的可靠性產(chǎn)生影響,電壓波形上升段可能會產(chǎn)生一個小的臺階或毛刺,。

IC的PWM OUT輸出

IC的PWM OUT輸出

一般IC的PWM OUT輸出如左圖所示,,內(nèi)部集成了限流電阻Rsource和Rsink,通常Rsource>Rsink,,具體數(shù)值大小同IC的峰值驅(qū)動輸出能力有關(guān),,可以近似認(rèn)為R=Vcc/Ipeak。一般IC的驅(qū)動輸出能力在0.5A左右,,因此Rsource在20Ω左右,。

由前面的電壓電流曲線可以看到一般的應(yīng)用中IC的驅(qū)動可以直接驅(qū)動MOSFET,但是考慮到通常驅(qū)動走線不是直線,,感量可能會更大,,并且為了防止外部干擾,還是要使用Rg驅(qū)動電阻進(jìn)行抑制,??紤]到走線分布電容的影響,這個電阻要盡量靠近MOSFET的柵極,。

表


可以看到L對上升時間的影響比較小,,主要還是Rg影響比較大。上升時間可以用2*Rg*Cgs來近似估算,,通常上升時間小于導(dǎo)通時間的二十分之一時,,MOSFET開關(guān)導(dǎo)通時的損耗不致于會太大造成發(fā)熱問題,因此當(dāng)MOSFET的最小導(dǎo)通時間確定后Rg最大值也就確定了 ,,一般Rg在取值范圍內(nèi)越小越好,,但是考慮EMI的話可以適當(dāng)取大,。

以上討論的是MOSFET ON狀態(tài)時電阻的選擇,,在MOSFET OFF狀態(tài)時為了保證柵極電荷快速瀉放,此時阻值要盡量小,,這也是Rsink

圖


實(shí)際使用中還要考慮MOSFET柵漏極還有個電容Cgd的影響,,MOSFET ON時Rg還要對Cgd充電,,會改變電壓上升斜率,OFF時VCC會通過Cgd向Cgs充電,,此時必須保證Cgs上的電荷快速放掉,,否則會導(dǎo)致MOSFET的異常導(dǎo)通。

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