關(guān)于MOSFET驅(qū)動電阻的選擇
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
計算式
這是個3階系統(tǒng),當(dāng)其極點(diǎn)為3個不同實根時是個過阻尼震蕩,有兩個相同實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)誤差實際上都是工作在過阻尼狀態(tài)。
根據(jù)以上得到
計算式
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
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
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
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
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。考慮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 實際使用中還要考慮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。
圖
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