MOS管驅動設計與電路布線設計—KIA MOS管

MOS管驅動設計細節

MOS管驅動設計，一般認為MOSFET是電壓驅動的，不需要驅動電流。然而，在MOS的G S兩級之間有結電容存在，這個電容會讓驅動MOS變的不那么簡單。

MOS管驅動設計，如果不考慮紋波和EMI等要求的話，MOS管開關速度越快越好，因為開關時間越短，開關損耗越小，而在開關電源中開關損耗占總損耗的很大一部分，因此MOS管驅動電路的好壞直接決定了電源的效率。對于一個MOS管，如果把GS之間的電壓從0拉到管子的開啟電壓所用的時間越短，那么MOS管開啟的速度就會越快。與此類似，如果把MOS管的GS電壓從開啟電壓降到0V的時間越短，那么MOS管關斷的速度也就越快。

由此我們可以知道，如果想在更短的時間內把GS電壓拉高或者拉低，就要給MOS管柵極更大的瞬間驅動電流。大家常用的PWM芯片輸出直接驅動MOS或者用三極管放大后再驅動MOS的方法，其實在瞬間驅動電流這塊是有很大缺陷的。比較好的方法是使用專用的MOSFET驅動芯片如TC4420來驅動MOS管，這類的芯片一般有很大的瞬間輸出電流，而且還兼容TTL電平輸入，MOSFET驅動芯片的內部結構。

MOS驅動電路設計需要注意的地方：

因為驅動線路走線會有寄生電感，而寄生電感和MOS管的結電容會組成一個LC振蕩電路，如果直接把驅動芯片的輸出端接到MOS管柵極的話，在PWM波的上升下降沿會產生很大的震蕩，導致MOS管急劇發熱甚至爆炸，一般的解決方法是在柵極串聯10歐左右的電阻，降低LC振蕩電路的Q值，使震蕩迅速衰減掉。因為MOS管柵極高輸入阻抗的特性，一點點靜電或者干擾都可能導致MOS管誤導通，所以建議在MOS管G S之間并聯一個10K的電阻以降低輸入阻抗。

如果擔心附近功率線路上的干擾耦合過來產生瞬間高壓擊穿MOS管的話，可以在GS之間再并聯一個18V左右的TVS瞬態抑制二極管，TVS可以認為是一個反應速度很快的穩壓管，其瞬間可以承受的功率高達幾百至上千瓦，可以用來吸收瞬間的干擾脈沖。

MOS管驅動電路參考

MOS管驅動電路的布線設計

MOS管驅動線路的環路面積要盡可能小，否則可能會引入外來的電磁干擾。驅動芯片的旁路電容要盡量靠近驅動芯片的VCC和GND引腳，否則走線的電感會很大程度上影響芯片的瞬間輸出電流。

一個好的MOSFET驅動電路有以下幾點要求：

(1)開關管開通瞬時，驅動電路應能提供足夠大的充電電流使MOSFET柵源極間電壓迅速上升到所需值，保證開關管能快速開通且不存在上升沿的高頻振蕩。

(2)開關導通期間驅動電路能保證MOSFET柵源極間電壓保持穩定且可靠導通。

(3)關斷瞬間驅動電路能提供一個盡可能低阻抗的通路供MOSFET柵源極間電容電壓的快速泄放，保證開關管能快速關斷。

(4)驅動電路結構簡單可靠、損耗小。

(5)根據情況施加隔離。

下面介紹幾個模塊電源中常用的MOSFET驅動電路。

1、電源IC直接驅動MOSFET

MOS管驅動設計，電源IC直接驅動是我們最常用的驅動方式，同時也是最簡單的驅動方式，使用這種驅動方式，應該注意幾個參數以及這些參數的影響。第一，查看一下電源IC手冊，其最大驅動峰值電流，因為不同芯片，驅動能力很多時候是不一樣的。第二，了解一下MOSFET的寄生電容，如圖 1中C1、C2的值。如果C1、C2的值比較大，MOS管導通的需要的能量就比較大，如果電源IC沒有比較大的驅動峰值電流，那么管子導通的速度就比較慢。如果驅動能力不足，上升沿可能出現高頻振蕩，即使把圖 1中Rg減小，也不能解決問題! IC驅動能力、MOS寄生電容大小、MOS管開關速度等因素，都影響驅動電阻阻值的選擇，所以Rg并不能無限減小。

2、電源IC驅動能力不足時

如果選擇MOS管寄生電容比較大，電源IC內部的驅動能力又不足時，需要在驅動電路上增強驅動能力，常使用圖騰柱電路增加電源IC驅動能力，其電路圖 2虛線框所示。

這種驅動電路作用在于，提升電流提供能力，迅速完成對于柵極輸入電容電荷的充電過程。這種拓撲增加了導通所需要的時間，但是減少了關斷時間，開關管能快速開通且避免上升沿的高頻振蕩。

3、驅動電路加速MOS管關斷時間

關斷瞬間驅動電路能提供一個盡可能低阻抗的通路供MOSFET柵源極間電容電壓快速泄放，保證開關管能快速關斷。為使柵源極間電容電壓的快速泄放，常在驅動電阻上并聯一個電阻和一個二極管，如圖 3所示，其中D1常用的是快恢復二極管。這使關斷時間減小，同時減小關斷時的損耗。Rg2是防止關斷的時電流過大，把電源IC給燒掉。

在第二點介紹的圖騰柱電路也有加快關斷作用。當電源IC的驅動能力足夠時，對圖 2中電路改進可以加速MOS管關斷時間，得到如圖 4所示電路。用三極管來泄放柵源極間電容電壓是比較常見的。如果Q1的發射極沒有電阻，當PNP三極管導通時，柵源極間電容短接，達到最短時間內把電荷放完，最大限度減小關斷時的交叉損耗。與圖 3拓撲相比較，還有一個好處，就是柵源極間電容上的電荷泄放時電流不經過電源IC，提高了可靠性。

4、驅動電路加速MOS管關斷時間

為了滿足如圖 5所示高端MOS管的驅動，經常會采用變壓器驅動，有時為了滿足安全隔離也使用變壓器驅動。其中R1目的是抑制PCB板上寄生的電感與C1形成LC振蕩，C1的目的是隔開直流，通過交流，同時也能防止磁芯飽和。

5、當源極輸出為高電壓時的驅動

當源極輸出為高電壓的情況時，我們需要采用偏置電路達到電路工作的目的，既我們以源極為參考點，搭建偏置電路，驅動電壓在兩個電壓之間波動，驅動電壓偏差由低電壓提供，如下圖6所示。

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