高速MOSFET门极驱动.pdf

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1、至诚至爱共创未来1至诚至爱共创未来2MOSFET门极驱动设计与应用主要内容：1、影响MOSFET开关性能的几个主要参数2、MOSFET开通、关闭过程分析3、驱动的一些重要特性和典型环节4、应用实例分析至诚至爱共创未来4影响MOSFET开关性能的几个主要参数MOSFET开关操作的目标就是在尽可能短的时间内在最低和最高阻抗状态下转换，即导通和截止。MOSFET在导通和截止的时候，一定不是在瞬间完成的。MOSFET两端的电压有一个下降/上升过程，流过的电流有一个上升/下降过程，在这段时间内，MOSFET的损耗是电压和电流的乘积，叫做开关损失。通常开关损耗比导通损耗大得多，而且开关频率越快，

2、损耗也越大导通瞬间和截止瞬间电压和电流的乘积很大，造成的损耗也就很大。缩短开关时间，可以减小每次导通/截止时的损耗；降低开关频率，可以减小单位时间内的开关次数。这两种办法都可以减小开关损失。至诚至爱共创未来5MOSFET开关模型MOSFET实际开关时间（10ns-60ns）是理论开关时间（50ps-200ps）的2-3个数量级别，了解两者之间差异是很重要的。图1为MOSFET常用开关模型，注意到在器件的三端都连接有三个电容，MOSFET的开关性能取决于电压在这些电容如何快速变化。图1至诚至爱共创未来6在高速开关应用中，最重要的参数就是这些器件的寄生电容。Cgs和Cgd这两个电容相对于

3、实际的物理结构，Cds电容是寄生双极型晶体管基极集电极电容（本身二极管）。Cgs电容是由源极和门极形成的沟道重叠区域形成的，它的值是由实际的结构区域和在不同稳定状态（线性）工作条件决定的。一般情况下，上述电容值都不在晶体管规格书直接给出。它们的值是以Ciss，Crss，Coss直接给出，其计算公式如下Cgd=CrssCgs=Ciss-CrssCds=Coss-Crss在开关应用中，Cgd电容是放置在输入与输出反馈通道中，使得进一步复杂化。相应地，它在开关应用的有效值可根据MOSFET的漏源电压来计算。这种现象被称为“米勒”效应，它可以表示为：CGD,eqv(1gfsRL)至诚至

4、爱共创未来7其他影响MOSFET开关性能的参数另一个重要的参数就是门极输入电阻Rgi，这个寄生电阻描述的是相关的阻抗分配门极信号。这的重要性在高速开关应用中不可忽视，因为它跨在驱动和输入电容之间，直接地妨碍MOSFET开关时间和的dv/dt干挠度。一些射频MOSFET高速器件采用的是金属栅电极代替较大电阻的多晶体栅电极来分配门信号。门极阈值电压V也是一个重要的参数，它是指在25℃，THId为一个非常小的电流（典型为250uA）所需的门极驱动电压。因此，它并不等于米勒稳定水平电压，通常称为开关信号的电压。另外重要的参数像源极电感（Ls）和漏极电感（Ld），同样巨大的限制开关性能。至诚

5、至爱共创未来8开通过程如图2所示，MOSFET开通过程可划分为4个阶段，第一阶段，输入电容电压从0V上升到VTH，在这个间隔内，所有的门极电流都用来对Cgd电容进行充电，Cgs电容也有一部分电流流入。随着门极电压的增加，Cgd电容电压在慢慢的减小。这个阶段叫做开通延时，因为漏极电流以及漏极电压都没有变化。图2至诚至爱共创未来9开通过程一旦门极电压达到阈值，MOS开始运载电流。在第二阶段，门极电压从VTH上升到米勒稳态Vgs-miller。电流正比电压的线性运行。在门极端，电流流入Cgs与Cgd电容，像第一阶段一样，门极电压增长。在输出端，当漏源电压还有原先水平时(Vds-off)

6、，漏极电流增加，从图2可以很容易的看明白。直到所有电流都转换到MOSFET和二极管完全关闭只有PN节反向电压，漏极电压停留在输出电压水平上图2至诚至爱共创未来10开通过程进入开通的第三阶段门极电压依然是充满电荷（Vgs，miloler）带满载，整流二极管是关闭的。这时允许漏极电压下降。当漏极电压下降，门极电压依然保持稳态。这是门极电压信号的稳态米勒阶段。所有的门极电流可以从Cgd电容放电获得，以便加速漏源电压的变压。因为受到外部电路的限制，例如DC电源，漏极电流依然保持恒定。图2至诚至爱共创未来11开通过程导通的最后一个阶段是提供一个较高的门极电压加大MOSFET的传导沟道。在开启时

7、间内Vgs的最终幅值决定了最终的开通电阻。因此，在第四个阶段，Vgs从Vgs,miller增长到最终的电压Vdrv。这就完成了对Cgs和Cgd电容的充电，因为门极电容被分成两部份。当这些电容被充电时，漏极电流仍然恒定，漏源电压随着开通电阻的减小在慢慢的降低。图2至诚至爱共创未来12关闭过程第一阶段是关闭的延时，需要把Ciss电容电压从开始的放电到米勒稳态水平。在这段时间内，MOSFET门极电流由Ciss电容本身提供，流经Cgs和C