MOSFET 是一种电压控制器件,具有开关速度快、高频性能、高输入阻抗、低噪声、低驱动功率、大动态范围和大安全工作区 (SOA) 等优点。开关电源、电机控制、电动工具等领域都用到它。栅极是 MOSFET最薄弱的组件。如果电路构造不当,可能会导致设备甚至系统出现故障。
MOSFET栅极电路的常见功能如下:
1、去除耦合到电路中的噪声,提高系统的可靠性;
2、加速MOSFET的导通 ,降低导通损耗;
3、加速MOSFET的关断 ,降低关断损耗;
4、减少 MOSFET DI/DT,保护 MOSFET ,抑制EMI干扰;
5、保护电网,防止异常高压情况下击穿电网;
6、增加驱动能力,可以 在更小的信号下驱动MOSFET 。
我能想到的门电路的功能如下。您可以自由提交您自己的建议。我这里也把相关电路放上来供大家讨论。
首先我们来讨论一下电源 IC的直接驱动。我们最典型的直接驱动方法如下图所示。由于该技术中我们没有对驱动电路进行任何处理,因此我们在进行PCB LAYOUT时应该以改进为目标。为了减少寄生电感并消除噪声,请缩短从ICMOSFET 的栅极走线 。 增加走线宽度,并将 Rg 放置在尽可能远离 MOSFET栅极的位置。
01 、直驱
首先,我们来讨论一下电源 IC的直接驱动。最流行的直接驱动方法如下图所示。该技术中我们对驱动电路并没有做太多的处理,所以我们在做PCB LAYOUT的时候应该努力优化它。为了减少寄生电感并消除噪声,请缩短从ICMOSFET 的栅极走线 。 增加走线宽度,并将 Rg 放置在尽可能远离 MOSFET栅极的位置。
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当然,另一个需要考虑的因素是PWM控制器的驱动能力。当MOSFET 大于 IC驱动能力时,驱动会太迟缓,开关损耗太大,或者 IC 无法驱动 。这个时候我们就需要注意我们的设计了。
02 、IC内部驱动能力不足时
当然,也可以采用以下方案来弥补IC内部驱动能力不足的 问题
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这种增强驱动能力的方法不仅可以延长导通时间,还可以缩短关断时间,对毛刺和功率损耗控制有一定的效果。当然,在LAYOUT中,我们应该努力将这两个管子放置在尽可能靠近MOSFET栅极的位置。这样做的好处是减小了寄生电感,提高了电路的抗干扰能力。
03 、提高MOSFET的关断速度
如果我们只是想提高MOSFET的关断速度,我们可以通过以下方式来实现。
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当关断电流较高时,MOSFET 输入电容可以更快地放电,从而降低关断损耗 。可以采用低输出阻抗 MOSFET 或 N 沟道负截止电压器件(例如冲击二极管)来获得大放电电流。
当栅极关闭时,电阻的电流产生的压降大于二极管导通时的压降。此时二极管将导通,绕过电阻。二极管一旦导通,就进入电路,电流减小。该电路的作用正在缩小,并且该电路的作用将大大降低MOSFET的关断延迟时间。
当然,该电路有几个缺陷,例如栅极电流仍必须流过 IC的输出驱动阻抗。答案是什么?
让我们更详细地了解一下 PNP 加速关断驱动电路。
04 、PNP加速关断f驱动电路
下面我们看一下PNP快速关断电路:
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目前,PNP快速关断电路最为流行。在加速三极管的作用下可以建立瞬时栅源短路,从而得到最短的放电时间。二极管的作用是一方面保护三极管的基极,另一方面为传导电流提供环路和偏置。
该电路的优点是可以接近推挽动作,加速效果明显;但是,由于它要经过两个 PN 结,因此栅极无法真正达到 0 伏。
05 源输出高电压时驱动
当源输出为高电压时,为了实现电路的目标,我们必须利用偏置电路。如下图所示,我们以电源为参考点设计偏置电路,驱动电压在两个电压之间摆动,驱动电压偏差由低电压电源决定。
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当然,这张图片有些不对劲。我不确定是否有人能看到它。事实上,问题在于“驱动电源”必须关闭,MOS源必须“接地”(给大家更深的印象)。
为了您的方便,我附上了正确的图:
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06、 满足隔离要求的驱动器
变压器驱动器经常用于提供高侧浮动栅极驱动或满足安全隔离要求。如图所示,该驱动器将驱动控制和 MOSFET 隔离,可用于低压和高压电路。
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当然,有特殊的驱动 IC 可以解决这个问题,但是变压器驱动器有自己的一套品质,使得很多人坚持使用它。
图中的耦合电容器用作磁芯的复位电压。如果没有这个电容器,就会发生磁饱和。
电阻与电容串联的目的是防止 LC 由于占空比突变而产生振荡,因此包含该电阻。
07、 自举反演图
下面是一个实际的 bootstrap 反演图供参考:
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