MOSFET柵極充電機(jī)理是什么？柵極驅(qū)動電路的振蕩問題分析

本文中，小編將對MOSFET予以介紹，如果你想對它的詳細(xì)情況有所認(rèn)識，或者想要增進(jìn)對它的了解程度，不妨請看以下內(nèi)容哦。

一、MOSFET柵極充電機(jī)理

對MOSFET施加電壓時，其柵極開始積累電荷。圖1.7所示為柵極充電電路和柵極充電波形。將MOSFET連接到電感負(fù)載時，它會影響與MOSFET并聯(lián)的二極管中的反向恢復(fù)電流以及MOSFET柵極電壓。此處不作解釋。

a、在t0-t1時間段內(nèi)，柵極驅(qū)動電路通過柵極串聯(lián)電阻器R對柵源電容Cgs和柵漏電容Cgd充電，直到柵極電壓達(dá)到其閾值Vth。由于Cgs和Cgd是并聯(lián)充電，因此滿足以下公式。

b、在t1－t2期間，VGS超過Vth，導(dǎo)致漏極中產(chǎn)生電流，最終成為主電流。在此期間，繼續(xù)對Cgs和Cg充電。柵極電壓上升時，漏極電流增大。在 t2，柵極電壓達(dá)到米勒電壓，在公式(1)中用 VGS(pl)代替VGS(t2)，可計算出VGS(pl).t2。在t0-t1期間，延遲時間t2和R(Cgs＋Cgd)成正比。

c、在t2-t3期間，VGS(pl)電壓處的VGS受米勒效應(yīng)影響保持恒定。柵極電壓保持恒定。在整個主柵電流流過MOSFET時，漏極電壓在t3達(dá)到其導(dǎo)通電壓（RDS(ON)×ID）。由于在此期間柵極電壓保持恒定，因此驅(qū)動電流流向Cgd而非Cgs。在此期間Cgd（Qdg）中積累的電荷數(shù)等于流向柵電路的電流與電壓下降時間（t3－t2）的乘積：

d、在t3-t4期間，向柵極充電使其達(dá)到過飽和狀態(tài)。對Cgs和Cgd充電，直到柵極電壓（VGS）達(dá)到柵極供電電壓。由于開通瞬態(tài)已經(jīng)消失，在此期間MOSFET不會出現(xiàn)開關(guān)損耗。

二、MOSFET柵極驅(qū)動電路的振蕩問題解析

為了使MOS管完全導(dǎo)通，需要盡量提高柵極的驅(qū)動電流。那是不是柵極驅(qū)動電流越大越好呢，即驅(qū)動電路的內(nèi)阻越小越好？

在PCB layout過程中，走線一定會引入寄生電感和極小的等效串聯(lián)電阻，加之MOS管柵極的寄生電容。因此對MOS管柵極的驅(qū)動，其實(shí)就可以等效成對RLC串聯(lián)電路的驅(qū)動。如下圖所示：

輸入5V/1MHz的方波信號Vin，測量到柵極電壓Vgs出現(xiàn)很嚴(yán)重的振鈴。這種振蕩帶來的危害可能是致命的，因?yàn)榇藭rMOSFET不再只有徹底導(dǎo)通或者徹底關(guān)斷兩種狀態(tài)，而會反復(fù)進(jìn)入高阻導(dǎo)通狀態(tài)。從而使MOSFET發(fā)熱嚴(yán)重，并進(jìn)而燒毀MOSFET。

那為什么會出現(xiàn)上述的振蕩現(xiàn)象呢？學(xué)過二階電路的動態(tài)響應(yīng)的動作應(yīng)該就能理解，在RLC串聯(lián)電路中，當(dāng)R<√(L/C)時，成為欠阻尼狀態(tài)，振蕩一定會發(fā)生。 那有了理論武器的指導(dǎo)，解決方法就很簡單了，使得R>=√(L/C)時，即過阻尼狀態(tài)（臨界阻尼實(shí)際應(yīng)用中基本不會出現(xiàn)），振蕩就會消失。 如下圖，在驅(qū)動電路中增加一個串聯(lián)電阻（為了方便，直接將等效的寄生10mohm電阻改成10ohm），再觀察MOSFET柵極電壓波形振蕩現(xiàn)象消失。

至此，我們對MOSFET柵極驅(qū)動電路的振蕩問題應(yīng)該有了比較直觀的理解。在實(shí)際解決這個問題的時候，我們需要優(yōu)先考慮減小pcb引線電感，即增加走線寬度或減小走線長度。在電感無法減小的時候，才會采用增加一顆外部小電阻的方案。

以上就是小編這次想要和大家分享的有關(guān)MOSFET的內(nèi)容，希望大家對本次分享的內(nèi)容已經(jīng)具有一定的了解。如果您想要看不同類別的文章，可以在網(wǎng)頁頂部選擇相應(yīng)的頻道哦。