原创 我快被栅极驱动器气疯了

To:F red A. Engleberry博士  

我正前往红杉林精神病院，打算自愿入住，那里方圆数里没有任何电子设备。没有电脑。没有收音机。没有平板电脑、手机或电子手镯来监控我的心率，记录我的行走里程。我是怎么走到这一步的？

元凶就是MOSFET栅极驱动。我希望FET启动后不会卡嗒作响、震荡跳动不止，弄得鸡飞狗跳。

这些问题搞得我头疼。我是否应该用串联栅极电阻来过阻尼驱动器？ 我是否应该用电容绕过栅极接地？ 我是否应该使用铁氧体磁珠？ 还是用现代AMO设备来衰减并耗散RF能量？

From: San Mateo的Sam


下面是F red A. Engleberry博士给Sam的回信：

你好，Sam。

得知你的烦恼，我深表同情。你是否正在服药？ 老实说，我的许多同行都对栅极驱动头疼不已，这是当下最棘手的难题之一，尤其是在MOSFET器件不断发展的今天。这关系到设计目标的相互矛盾。

每年，客户都要求我们降低成本。这是一个崇高的目标，我们深知客户必须在严酷市场中生存。可怎样降低成本呢？ 我们只能减少材料并提高品质因数（一般是导通电阻和栅极电荷的乘积），以便用更少的材料完成同样的任务。这意味着单位面积的导通电阻逐年下降，这有助于减少传导损耗。我们还通过降低栅极电荷要求来减少开关损耗。缺点是零件速度超快，难以控制。

速度如何衡量呢？ 如果三个区间内的每个寄生电抗被激发并共振，则速度过快。在这种情况下，由设计工程师负责减缓FET的速度并抑制栅极振荡。从FET的角度看，我们应避免以下因素。避免具有足够大峰值幅度的振荡破坏栅极氧化物，即使是极短的时间也不行。避免调节导通沟道，栅极应完全增强或耗尽，并且过渡间隔越短越好。

调节栅极驱动器的主要工具是栅极电阻。它可以减缓栅极电容的充电/放电，增加导通和关断延时，并调制最终波形的dv/dt斜率。我们经常看到不对称的栅极驱动器，通过二极管来导向，关断周期使用较大值电阻以帮助体二极管平稳恢复。

栅极上常常看到铁氧体磁珠，通常直接越过晶体管的栅极引脚。铁氧体磁珠不导电，而是充当RF耗散体，帮助消除栅极上不应存在的高频振荡。

在栅极和源极两端设置电容是习惯做法。但我不建议此方法，因为可能造成无功电流在外部和内部电容之间循环，反而增加了振荡问题。如要确保耦合至栅极的信号不会导通FET，可安装一个小电容，但需要谨慎操作。最好还是通过改进电路布局来解决问题。

非晶电抗与FET开关串联使用有助于消除振荡，但不能在栅极上使用。这些设备导电性比铁氧体磁珠更强，栅极上的电抗应降至最低，以最大限度地减少循环电流和谐振振荡。

只要稍加用心，您完全可以掌握高功率电路，虽然这一过程并非一蹴而就。祝您早日康复，Sam。既然注定无法摆脱繁重的劳动，那就点一支Cohiba Esplendido雪茄，倒上一杯马爹利白兰地，喝完好好睡一觉。