電阻在MOS管電路中的注意事項(xiàng)及參考選擇方法
MOS管驅(qū)動(dòng)電阻怎么選擇，給定頻率，MOS管的Qg和上升沿怎么計(jì)算用多大電阻
首先得知道輸入電容大小和驅(qū)動(dòng)電壓大小，等效為電阻和電容串聯(lián)電路，求出電容充電電壓表達(dá)式，得出電阻和電容電壓關(guān)系圖
MOS管的開(kāi)關(guān)時(shí)間要考慮的是Qg的，而不是有Ciss，Coss決定，看下面的Data.一個(gè)MOS可能有很大的
輸入電容，但是并不代表其導(dǎo)通需要的電荷量Qg就大，
Ciss（輸入電容）和Qg是有一定的關(guān)系，但是還要考慮MOS的跨導(dǎo)y.
MOSFET柵極驅(qū)動(dòng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)
1 概述
MOS管的驅(qū)動(dòng)對(duì)其工作效果起著決定性的作用。設(shè)計(jì)師既要考慮減少開(kāi)關(guān)損耗，又要求驅(qū)動(dòng)波形較好即振蕩小、過(guò)沖小、EMI小。這兩方面往往是互相矛盾的，需要尋求一個(gè)平衡點(diǎn)，即驅(qū)動(dòng)電路的優(yōu)化設(shè)計(jì)。驅(qū)動(dòng)電路的優(yōu)化設(shè)計(jì)包含兩部分內(nèi)容：一是最優(yōu)的驅(qū)動(dòng)電流、電壓的波形；二是最優(yōu)的驅(qū)動(dòng)電壓、電流的大小。在進(jìn)行驅(qū)動(dòng)電路優(yōu)化設(shè)計(jì)之前，必須先清楚MOS管的模型、MOS管的開(kāi)關(guān)過(guò)程、MOS管的柵極電荷以及MOS管的輸入輸出電容、跨接電容、等效電容等參數(shù)對(duì)驅(qū)動(dòng)的影響。
2 MOS管的模型
MOS管的等效電路模型及寄生參數(shù)如圖1所示。圖1中各部分的物理意義為：
（1）LG和LG代表封裝端到實(shí)際的柵極線路的電感和電阻。
?。?）C1代表從柵極到源端N+間的電容，它的值是由結(jié)構(gòu)所固定的。
?。?）C2+C4代表從柵極到源極P區(qū)間的電容。C2是電介質(zhì)電容，共值是固定的。而C4是由源極到漏極的耗盡區(qū)的大小決定，并隨柵極電壓的大小而改變。當(dāng)柵極電壓從0升到開(kāi)啟電壓UGS（th）時(shí)，C4使整個(gè)柵源電容增加10%～15%。
（4）C3+C5是由一個(gè)固定大小的電介質(zhì)電容和一個(gè)可變電容構(gòu)成，當(dāng)漏極電壓改變極性時(shí)，其可變電容值變得相當(dāng)大。
?。?）C6是隨漏極電壓變換的漏源電容。
MOS管輸入電容（Ciss）、跨接電容（Crss）、輸出電容（Coss）和柵源電容、柵漏電容、漏源電容間的關(guān)系如下：
3 MOS管的開(kāi)通過(guò)程
開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)模式電路如圖2所示，二極管可是外接的或MOS管固有的。開(kāi)關(guān)管在開(kāi)通時(shí)的二極管電壓、電流波形如圖3所示。在圖3的階段1開(kāi)關(guān)管關(guān)斷，開(kāi)關(guān)電流為零，此時(shí)二極管電流和電感電流相等；在階段2開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，開(kāi)關(guān)電流上升，同時(shí)二極管電流下降。開(kāi)關(guān)電流上升的斜率和二極管電流下降的斜率的絕對(duì)值相同，符號(hào)相反；在階段3開(kāi)關(guān)電流繼續(xù)上升，二極管電流繼續(xù)下降，并且二極管電流符號(hào)改變，由正轉(zhuǎn)到負(fù)；在階段4，二極管從負(fù)的反向最大電流IRRM開(kāi)始減小，它們斜率的絕對(duì)值相等；在階段5開(kāi)關(guān)管完全開(kāi)通，二極管的反向恢復(fù)完成，開(kāi)關(guān)管電流等于電感電流。
圖4是存儲(chǔ)電荷高或低的兩種二極管電流、電壓波形。從圖中可以看出存儲(chǔ)電荷少時(shí)，反向電壓的斜率大，并且會(huì)產(chǎn)生有害的振動(dòng)。而前置電流低則存儲(chǔ)電荷少，即在空載或輕載時(shí)是最壞條件。所以進(jìn)行優(yōu)化驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)著重考慮前置電流低的情況，即空載或輕載的情況，應(yīng)使這時(shí)二極管產(chǎn)生的振動(dòng)在可接受范圍內(nèi)。
4 柵極電荷QG和驅(qū)動(dòng)效果的關(guān)系
柵極電荷QG是使柵極電壓從0升到10V所需的柵極電荷，它可以表示為驅(qū)動(dòng)電流值與開(kāi)通時(shí)間之積或柵極電容值與柵極電壓之積?，F(xiàn)在大部分MOS管的柵極電荷QG值從幾十納庫(kù)侖到一、兩百納庫(kù)侖。
柵極電荷QG包含了兩個(gè)部分：柵極到源極電荷QGS；柵極到漏極電荷QGD—即“Miller”電荷。QGS是使柵極電壓從0升到門(mén)限值（約3V）所需電荷；QGD是漏極電壓下降時(shí)克服“Miller”效應(yīng)所需電荷，這存在于UGS曲線比較平坦的第二段（如圖5所示），此時(shí)柵極電壓不變、柵極電荷積聚而漏極電壓急聚下降，也就是在這時(shí)候需要驅(qū)動(dòng)尖峰電流限制，這由芯睡內(nèi)部完成或外接電阻完成。實(shí)際的QG還可以略大，以減小等效RON，但是太大也無(wú)益，所以10V到12V的驅(qū)動(dòng)電壓是比較合理的。這還包含一個(gè)重要的事實(shí)：需要一個(gè)高的尖峰電流以減小MOS管損耗和轉(zhuǎn)換時(shí)間。
重要是的對(duì)于IC來(lái)說(shuō)，MOS管的平均電容負(fù)荷并不是MOS管的輸入電容Ciss，而是等效輸入電容Ceff（Ceff=QG/UGS），即整個(gè)0《UGS《UGS（th）的等效電容，而Ciss只是UGS=0時(shí)的等效電容。
漏極電流在QG波形的QGD階段出現(xiàn)，該段漏極電壓依然很高，MOS管的損耗該段最大，并隨UDS的減小而減小。QGD的大部分用來(lái)減小UDS從關(guān)斷電壓到UGS（th）產(chǎn)生的“Miller”效應(yīng)。QG波形第三段的等效負(fù)載電容是：
5 優(yōu)化柵極驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)
在大多數(shù)的開(kāi)關(guān)功率應(yīng)用電路中，當(dāng)柵極被驅(qū)動(dòng)，開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)漏極電流上升的速度是漏極電壓下降速度的幾倍，這將造成功率損耗增加。為了解決問(wèn)題可以增加?xùn)艠O驅(qū)動(dòng)電流，但增加?xùn)艠O驅(qū)動(dòng)上升斜率又將帶來(lái)過(guò)沖、振蕩、EMI等問(wèn)題。優(yōu)化柵極驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)，正是在互相矛盾的要求中尋求一個(gè)平衡點(diǎn)，而這個(gè)平衡點(diǎn)就是開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)漏極電流上升的速度和漏極電壓下降速度相等這樣一種波形，理想的驅(qū)動(dòng)波形如圖6所示。
圖6的UGS波形包括了這樣幾部分：UGS第一段是快速上升到門(mén)限電壓；UGS第二段是比較緩的上升速度以減慢漏極電流的上升速度，但此時(shí)的UGS也必須滿足所需的漏極電流值；UGS第四段快速上升使漏極電壓快速下降；UGS第五段是充電到最后的值。當(dāng)然，要得到完全一樣的驅(qū)動(dòng)波形是很困難的，但是可以得到一個(gè)大概的驅(qū)動(dòng)電流波形，其上升時(shí)間等于理想的漏極電壓下降時(shí)間或漏極電流上升的時(shí)間，并且具有足夠的尖峰值來(lái)充電開(kāi)關(guān)期間的較大等效電容。該柵極尖峰電流IP的計(jì)算是：電荷必須完全滿足開(kāi)關(guān)時(shí)期的寄生電容所需。
UG（th））
6 應(yīng)用實(shí)例
在筆者設(shè)計(jì)的48V50A電路中采用雙晶體管正激式變換電路，其開(kāi)關(guān)管采用IXFH24N50，其參數(shù)為：
根據(jù)如前所述，驅(qū)動(dòng)電壓、電流的理想波形不應(yīng)該是一條直線，而應(yīng)該是如圖6所示的波形。實(shí)驗(yàn)波形見(jiàn)圖7。
7 結(jié)論
本文詳細(xì)介紹了MOS管的電路模型、開(kāi)關(guān)過(guò)程、輸入輸出電容、等效電容、電荷存儲(chǔ)等對(duì)MOS管驅(qū)動(dòng)波形的影響，及根據(jù)這些參數(shù)對(duì)驅(qū)動(dòng)波形的影響進(jìn)行的驅(qū)動(dòng)波形的優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)例，取得了較好的實(shí)際效果。
影響MOSFET開(kāi)關(guān)速度除了其本身固有Tr，Tf外，還有一個(gè)重要的參數(shù)：Qg （柵極總靜電荷容量）。該參數(shù)與柵極驅(qū)動(dòng)電路的輸出內(nèi)阻共同構(gòu)成了一個(gè)時(shí)間參數(shù)，影響著MOSFET的性能（你主板的MOSFET的柵極驅(qū)動(dòng)電路就集成在IRU3055這塊PWM控制芯片內(nèi)）; r6 @0 k‘ S/ l3 }4 u， r/ W
廠家給出的Tr，Tf值，是在柵極驅(qū)動(dòng)內(nèi)阻小到可以忽略的情況下測(cè)出的，實(shí)際應(yīng)用中就不一樣了，特別是柵極驅(qū)動(dòng)集成在PWM芯片中的電路，從PWM到MOSFET柵極的布線的寬度，長(zhǎng)度，都會(huì)深刻影響MOSFET的性能。如果PWM的輸出內(nèi)阻本來(lái)就不低，加上MOS管的Qg又大，那么不論其Tr，Tf如何優(yōu)秀，都可能會(huì)大大增加上升和下降的時(shí)間
偶認(rèn)為，BUCK同步變換器中，高側(cè)MOS管的Qg比RDS等其他參數(shù)更重要，另外，柵極驅(qū)動(dòng)內(nèi)阻與Qg的配合也很重要，一定 程度上就是由它的充電時(shí)間決定高側(cè)MOSFET的開(kāi)關(guān)速度和損耗。。
看從哪個(gè)角度出發(fā)。電荷瀉放慢，說(shuō)明時(shí)間常數(shù)大。時(shí)間常數(shù)是Ciss與Rgs的乘積。柵源極絕緣電阻大，說(shuō)明制造工藝控制較好，材料、芯片和管殼封裝的表面雜質(zhì)少，漏電少。時(shí)間常數(shù)大，柵源極等效輸入電容也大。柵源極等效輸入電容，與管芯尺寸成正比并與管芯設(shè)計(jì)有關(guān)。通常，管芯尺寸大，Ron（導(dǎo)通電阻）小、跨導(dǎo)（增益）大。柵源極等效電容大，會(huì)增加開(kāi)關(guān)時(shí)間、降低開(kāi)關(guān)性能、降低工作速度、增加功率損耗。Ciss與電荷注入率成正比，可能還與外加電壓有關(guān)并具有非線性等。以上，均是在相同條件下的對(duì)比。從應(yīng)用角度出發(fā)，同等價(jià)格，多數(shù)設(shè)計(jì)希望選用3個(gè)等效電容（包括Ciss）小的器件。Ciss=Cgd+Cgs，充放電時(shí)間上也有先后，先是Cgs充滿，然后是Cgd.。
泄放電阻和柵極電阻有什么區(qū)別？
場(chǎng)效應(yīng)管柵極與源極之間加一個(gè)電阻，這個(gè)電阻起到什么作用？
一是為場(chǎng)效應(yīng)管提供偏置電壓;二是起到瀉放電阻的作用：保護(hù)柵極G-源極S;
第一個(gè)作用好理解，這里解釋一下第二個(gè)作用的原理——保護(hù)柵極G-源極S：場(chǎng)效應(yīng)管的G-S極間的電阻值是很大的，這樣只要有少量的靜電就能使他的G-S極間的等效電容兩端產(chǎn)生很高的電壓，如果不及時(shí)把這些少量的靜電瀉放掉，他兩端的高壓就有可能使場(chǎng)效應(yīng)管產(chǎn)生誤動(dòng)作，甚至有可能擊穿其G-S極;這時(shí)柵極與源極之間加的電阻就能把上述的靜電瀉放掉，從而起到了保護(hù)場(chǎng)效應(yīng)管的作用。
看一個(gè)具體的例子：MOS管在開(kāi)關(guān)狀態(tài)工作時(shí)，Q1、Q2是輪流導(dǎo)通，MOS管柵極在反復(fù)充、放電狀態(tài)，如果在此時(shí)關(guān)閉電源，MOS管的柵極就有兩種狀態(tài)：一種是放電狀態(tài)，柵極等效電容沒(méi)有電荷存儲(chǔ);另一個(gè)是充電狀態(tài)，柵極等效電容正好處于電荷充滿狀態(tài)，如下圖a所示。雖然電源切斷，此時(shí)Q1、Q2也都處于斷開(kāi)狀態(tài)，電荷沒(méi)有釋放的回路，但MOS管柵極的電場(chǎng)仍然存在（能保持很長(zhǎng)時(shí)間），建立導(dǎo)電溝道的條件并沒(méi)有消失。這樣在再次開(kāi)機(jī)瞬間，由于激勵(lì)信號(hào)還沒(méi)有建立，而開(kāi)機(jī)瞬間MOS管的漏極電源（V1）隨機(jī)提供，在導(dǎo)電溝道的作用下，MOS管立刻產(chǎn)生不受控的巨大漏極電流Id，引起MOS管燒壞。為了避免此現(xiàn)象產(chǎn)生，在MOS管的柵極對(duì)源極并接一只泄放電阻R1，如下圖b所示，關(guān)機(jī)后柵極存儲(chǔ)的電荷通過(guò)R1迅速釋放，此電阻的阻值不可太大，以保證電荷的迅速釋放，一般在五千歐至數(shù)十千歐左右。
灌流電路主要是針對(duì)MOS管在作為開(kāi)關(guān)營(yíng)運(yùn)用時(shí)其容性的輸入特性，引起“開(kāi)”、“關(guān)”動(dòng)作滯后而設(shè)置的電路，當(dāng)MOS管作為其他用途，例如線性放大等應(yīng)用時(shí)，就沒(méi)有必要設(shè)置灌流電路。