7種MOSFET柵極電路的常見作用，不看不知道！
[導(dǎo)讀]概述：MOSFET是一種常見的電壓型控制器件，具有開關(guān)速度快、高頻性能、輸入阻抗高、噪聲小、驅(qū)動功率小、動態(tài)范圍大、安全工作區(qū)域（SOA）寬等一系列的優(yōu)點，因此被廣泛的應(yīng)用于開關(guān)電源、電機(jī)控制、電動工具等各行各業(yè)。柵極做為MOSFET本身較薄弱的環(huán)節(jié)，如果電路設(shè)計不當(dāng)，容易造成器...
概述：
MOSFET是一種常見的電壓型控制器件，具有開關(guān)速度快、高頻性能、輸入阻抗高、噪聲小、驅(qū)動功率小、動態(tài)范圍大、安全工作區(qū)域（SOA）寬等一系列的優(yōu)點，因此被廣泛的應(yīng)用于開關(guān)電源、電機(jī)控制、電動工具等各行各業(yè)。柵極做為MOSFET本身較薄弱的環(huán)節(jié)，如果電路設(shè)計不當(dāng)，容易造成器件甚至系統(tǒng)的失效。因此，這篇文章將柵極常見的電路整理出來供大家參考討論，也歡迎大家提出自己的觀點。
MOSFET柵極電路常見的作用有以下幾點：
1、去除電路耦合進(jìn)去的噪音，提高系統(tǒng)的可靠性；2、加速M(fèi)OSFET的導(dǎo)通，降低導(dǎo)通損耗；3、加速M(fèi)OSFET的關(guān)斷，降低關(guān)斷損耗；4、降低MOSFET DI/DT，保護(hù)MOSFET同時抑制EMI干擾；5、保護(hù)柵極，防止異常高壓條件下柵極擊穿；6、增加驅(qū)動能力，在較小的信號下，可以驅(qū)動MOSFET。
上面是我能想到的柵極電路的作用，歡迎大家將自己想到的也補(bǔ)充進(jìn)來。下面，我會將相應(yīng)的電路也貼上來，供大家討論。
首先說一下電源IC直接驅(qū)動。下圖是我們最常用的直接驅(qū)動方式，在這類方式中，我們由于驅(qū)動電路未做過多處理，因此我們進(jìn)行PCB LAYOUT時要盡量進(jìn)行優(yōu)化。如縮短IC至MOSFET的柵極走線長度，增加走線寬度，盡量將Rg放置在離MOSFET柵極較進(jìn)的位置，從而達(dá)到減少寄生電感，消除噪音的目的。
01直接驅(qū)動
首先說一下電源IC直接驅(qū)動，下圖是我們最常用的直接驅(qū)動方式，在這類方式中，我們由于驅(qū)動電路未做過多處理，因此我們進(jìn)行PCB LAYOUT時要盡量進(jìn)行優(yōu)化。如縮短IC至MOSFET的柵極走線長度，增加走線寬度，盡量將Rg放置在離MOSFET柵極較進(jìn)的位置，從而達(dá)到減少寄生電感，消除噪音的目的。
當(dāng)然另一個問題我們得考慮，那就是PWM CONTROLLER的驅(qū)動能力，當(dāng)MOSFET較大時，IC驅(qū)動能力較小時，會出現(xiàn)驅(qū)動過慢，開關(guān)損耗過大甚至不能驅(qū)動的問題，這點我們在設(shè)計時需要注意。
02IC內(nèi)部驅(qū)動能力不足時
當(dāng)然，對于IC內(nèi)部驅(qū)動能力不足的問題我們也可以采用下面的方法來解決。
這種增加驅(qū)動能力的方式不僅增加了導(dǎo)通時間，還可以加速關(guān)斷時間，同時對控制毛刺及功率損耗由一定的效果。當(dāng)然，這個我們在LAYOUT時要盡量將這兩個管子放的離MOSFET柵極較近的位置。這樣做的好處還有減少了寄生電感，提高了電路的抗干擾性。
03增加MOSFET的關(guān)斷速度
如果我們單單要增加MOSFET的關(guān)斷速度，那么我們可以采用下面的方式來進(jìn)行。
關(guān)斷電流比較大時，能使MOSFET輸入電容放電速度更快，從而降低關(guān)斷損耗。大的放電電流可以通過選擇低輸出阻抗的MOSFET或N溝道的負(fù)的截止的電壓器件來實現(xiàn)，最常用的就是加加速二極管。
柵極關(guān)斷時，電流在電阻上產(chǎn)生的壓降大于二極管導(dǎo)通壓降時，這時二極管會導(dǎo)通，從而將電阻進(jìn)行旁路，導(dǎo)通后，隨著電流的減小，二極管在電路中的作用越來越小，該電路作用會顯著的減小MOSFET關(guān)斷的延遲時間。
當(dāng)然這個電路有一定的缺點，那就是柵極的電流仍然需要留過IC內(nèi)部的輸出驅(qū)動阻抗，這有什么辦法解決呢？
下面來講講PNP加速關(guān)斷驅(qū)動電路。
04PNP加速關(guān)斷驅(qū)動電路
再來談以下PNP加速關(guān)斷電路：
PNP加速關(guān)斷電路是目前應(yīng)用最多的電路，在加速三級管的作用下可以實現(xiàn)瞬間的柵源短路，從而達(dá)到最短的放電時間。之所以加二極管，一方面是保護(hù)三級管基極；另一方面是為導(dǎo)通電流提供回路及偏置。
該電路的優(yōu)點為可以近似達(dá)到推拉的效果加速效果明顯；缺點為柵極由于經(jīng)過兩個PN節(jié)，不能是柵極真正的達(dá)到0伏。
05當(dāng)源極輸出為高電壓時的驅(qū)動
當(dāng)源極輸出為高電壓的情況時，我們需要采用偏置電路達(dá)到電路工作的目的，既我們以源極為參考點，搭建偏置電路，驅(qū)動電壓在兩個電壓之間波動，驅(qū)動電壓偏差由低電壓提供，如下圖所示。
當(dāng)然，這個圖有點問題，不知道有沒有哪位大俠看出來？其實問題就是“驅(qū)動電源”需要懸浮，要以MOS的源極共“地（給大家加深印象）。
這個是正確的圖紙，供各位參考：
06滿足隔離要求的驅(qū)動
為了滿足安全隔離的要求或者提供高端浮動柵極驅(qū)動經(jīng)常會采用變壓器驅(qū)動。這種驅(qū)動將驅(qū)動控制和MOSFET進(jìn)行了隔離，可以應(yīng)用到低壓及高壓電路中去，如下圖所示：
變壓器驅(qū)動說白了就是隔離驅(qū)動，當(dāng)然現(xiàn)在也有專門的驅(qū)動IC可以解決，但變壓器驅(qū)動有自己的特點使得很多人一直在堅持用。
圖中耦合電容的作用是為磁化的磁芯提供復(fù)位電壓，如果沒有這個電容，會出現(xiàn)磁飽和。
與電容串聯(lián)的電阻的作用是為了防止占空比突然變化形成LC的震蕩，因此加這個電阻進(jìn)行緩解。
07自舉逆變圖
下面上一個實際的自舉逆變圖，供參考：
來源：網(wǎng)絡(luò)版權(quán)歸原作者所有，如有侵權(quán)，請聯(lián)系刪除。
MOSFET是一種常見的電壓型控制器件，具有開關(guān)速度快、高頻性能、輸入阻抗高、噪聲小、驅(qū)動功率小、動態(tài)范圍大、安全工作區(qū)域（SOA）寬等一系列的優(yōu)點，因此被廣泛的應(yīng)用于開關(guān)電源、電機(jī)控制、電動工具等各行各業(yè)。柵極做為MOSFET本身較薄弱的環(huán)節(jié)，如果電路設(shè)計不當(dāng)，容易造成器件甚至系統(tǒng)的失效。因此，這篇文章將柵極常見的電路整理出來供大家參考討論，也歡迎大家提出自己的觀點。
MOSFET柵極電路常見的作用有以下幾點：
1、去除電路耦合進(jìn)去的噪音，提高系統(tǒng)的可靠性；2、加速M(fèi)OSFET的導(dǎo)通，降低導(dǎo)通損耗；3、加速M(fèi)OSFET的關(guān)斷，降低關(guān)斷損耗；4、降低MOSFET DI/DT，保護(hù)MOSFET同時抑制EMI干擾；5、保護(hù)柵極，防止異常高壓條件下柵極擊穿；6、增加驅(qū)動能力，在較小的信號下，可以驅(qū)動MOSFET。
上面是我能想到的柵極電路的作用，歡迎大家將自己想到的也補(bǔ)充進(jìn)來。下面，我會將相應(yīng)的電路也貼上來，供大家討論。
首先說一下電源IC直接驅(qū)動。下圖是我們最常用的直接驅(qū)動方式，在這類方式中，我們由于驅(qū)動電路未做過多處理，因此我們進(jìn)行PCB LAYOUT時要盡量進(jìn)行優(yōu)化。如縮短IC至MOSFET的柵極走線長度，增加走線寬度，盡量將Rg放置在離MOSFET柵極較進(jìn)的位置，從而達(dá)到減少寄生電感，消除噪音的目的。
01直接驅(qū)動
首先說一下電源IC直接驅(qū)動，下圖是我們最常用的直接驅(qū)動方式，在這類方式中，我們由于驅(qū)動電路未做過多處理，因此我們進(jìn)行PCB LAYOUT時要盡量進(jìn)行優(yōu)化。如縮短IC至MOSFET的柵極走線長度，增加走線寬度，盡量將Rg放置在離MOSFET柵極較進(jìn)的位置，從而達(dá)到減少寄生電感，消除噪音的目的。
當(dāng)然另一個問題我們得考慮，那就是PWM CONTROLLER的驅(qū)動能力，當(dāng)MOSFET較大時，IC驅(qū)動能力較小時，會出現(xiàn)驅(qū)動過慢，開關(guān)損耗過大甚至不能驅(qū)動的問題，這點我們在設(shè)計時需要注意。
02IC內(nèi)部驅(qū)動能力不足時
當(dāng)然，對于IC內(nèi)部驅(qū)動能力不足的問題我們也可以采用下面的方法來解決。
這種增加驅(qū)動能力的方式不僅增加了導(dǎo)通時間，還可以加速關(guān)斷時間，同時對控制毛刺及功率損耗由一定的效果。當(dāng)然，這個我們在LAYOUT時要盡量將這兩個管子放的離MOSFET柵極較近的位置。這樣做的好處還有減少了寄生電感，提高了電路的抗干擾性。
03增加MOSFET的關(guān)斷速度
如果我們單單要增加MOSFET的關(guān)斷速度，那么我們可以采用下面的方式來進(jìn)行。
關(guān)斷電流比較大時，能使MOSFET輸入電容放電速度更快，從而降低關(guān)斷損耗。大的放電電流可以通過選擇低輸出阻抗的MOSFET或N溝道的負(fù)的截止的電壓器件來實現(xiàn)，最常用的就是加加速二極管。
柵極關(guān)斷時，電流在電阻上產(chǎn)生的壓降大于二極管導(dǎo)通壓降時，這時二極管會導(dǎo)通，從而將電阻進(jìn)行旁路，導(dǎo)通后，隨著電流的減小，二極管在電路中的作用越來越小，該電路作用會顯著的減小MOSFET關(guān)斷的延遲時間。
當(dāng)然這個電路有一定的缺點，那就是柵極的電流仍然需要留過IC內(nèi)部的輸出驅(qū)動阻抗，這有什么辦法解決呢？
下面來講講PNP加速關(guān)斷驅(qū)動電路。
04PNP加速關(guān)斷驅(qū)動電路
再來談以下PNP加速關(guān)斷電路：
PNP加速關(guān)斷電路是目前應(yīng)用最多的電路，在加速三級管的作用下可以實現(xiàn)瞬間的柵源短路，從而達(dá)到最短的放電時間。之所以加二極管，一方面是保護(hù)三級管基極；另一方面是為導(dǎo)通電流提供回路及偏置。
該電路的優(yōu)點為可以近似達(dá)到推拉的效果加速效果明顯；缺點為柵極由于經(jīng)過兩個PN節(jié)，不能是柵極真正的達(dá)到0伏。
05當(dāng)源極輸出為高電壓時的驅(qū)動
當(dāng)源極輸出為高電壓的情況時，我們需要采用偏置電路達(dá)到電路工作的目的，既我們以源極為參考點，搭建偏置電路，驅(qū)動電壓在兩個電壓之間波動，驅(qū)動電壓偏差由低電壓提供，如下圖所示。
當(dāng)然，這個圖有點問題，不知道有沒有哪位大俠看出來？其實問題就是“驅(qū)動電源”需要懸浮，要以MOS的源極共“地（給大家加深印象）。
這個是正確的圖紙，供各位參考：
06滿足隔離要求的驅(qū)動
為了滿足安全隔離的要求或者提供高端浮動柵極驅(qū)動經(jīng)常會采用變壓器驅(qū)動。這種驅(qū)動將驅(qū)動控制和MOSFET進(jìn)行了隔離，可以應(yīng)用到低壓及高壓電路中去，如下圖所示：
變壓器驅(qū)動說白了就是隔離驅(qū)動，當(dāng)然現(xiàn)在也有專門的驅(qū)動IC可以解決，但變壓器驅(qū)動有自己的特點使得很多人一直在堅持用。
圖中耦合電容的作用是為磁化的磁芯提供復(fù)位電壓，如果沒有這個電容，會出現(xiàn)磁飽和。
與電容串聯(lián)的電阻的作用是為了防止占空比突然變化形成LC的震蕩，因此加這個電阻進(jìn)行緩解。
07自舉逆變圖
下面上一個實際的自舉逆變圖，供參考：
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