MOSFET驅動電阻Rg的計算、選取詳解-KIA MOS管

對于電機驅動來說，MOSFET是實現電流輸出的關鍵器件，MOS驅動電路作為控制電路和功率電路的接口，其作用至關重要，它決定了這個電機驅動板卡的性能，本文就將詳細探討MOSFET驅動電路中驅動電阻的選型。

驅動電阻Rg的計算

1、驅動電阻的下限值

驅動電阻下限值的計算原則為：驅動電阻必須在驅動回路中提供足夠的阻尼，來阻尼MOSFET開通瞬間驅動電流的震蕩。

圖2 MOSFET開通時的驅動電流

當MOSFET開通瞬間，Vcc通過驅動電阻給Cgs充電，如圖2所示(忽略Rpd的影響)。根據圖2，可以寫出回路在s域內對應的方程:

式(4)給出了驅動電阻Rg的下限值，式(4)中Cgs為MOSFET管gs的寄生電容，其值可以在MOSFET對應的datasheet中查到。

而Lk是驅動回路的感抗，一般包含MOSFET引腳的感抗，PCB走線的感抗，驅動芯片引腳的感抗等，其精確的數值往往難以確定，但數量級一般在幾十nH左右。

因此在實際設計時，一般先根據式(4)計算出Rg下限值的一個大概范圍，然后再通過實際實驗，以驅動電流不發生震蕩作為臨界條件，得出Rg下限值。

2、驅動電阻的上限值

驅動電阻上限值的計算原則為：防止MOSFET關斷時產生很大的dV/dt使得MOSFET再次誤開通。

當MOSFET關斷時，其DS之間的電壓從0上升到Vds(off)，因此有很大的dV/dt，根據公式：i=CdV/dt，該dV/dt會在Cgd上產生較大的電流igd，如圖3所示。

圖3 MOSFET關斷時的對應電流

該電流igd會流過驅動電阻Rg，在MOSFETGS之間又引入一個電壓，當該電壓高于MOSFET的門檻電壓Vth時，MOSFET會誤開通，為了防止MOSFET誤開通，應當滿足：

式(6)給出了驅動電阻Rg的上限值，式(6)中Cgd為MOSFET柵源級的寄生電容，Vth為MOSFET的開啟電壓，均可以在對應的datasheet中查到，dV/dt則可以根據電路實際工作時MOSFET的漏源級電壓和MOSFET關斷時漏源級電壓上升時間(該時間一般在datasheet中也能查到)求得。

從上面的分析可以看到，在MOSFET關斷時，為了防止誤開通，應當盡量減小關斷時驅動回路的阻抗。基于這一思想，下面再給出兩種很常用的改進型電路，可以有效地避免關斷時mos的誤開通問題。

圖4 改進電路1

圖4給出的改進電路1是在驅動電阻上反并聯了一個二極管，當MOSFET關斷時，關斷電流就會流經二極管Doff，這樣MOSFET柵源級的電壓就為二極管的導通壓降，一般為0.7V，遠小于MOSFET的門檻電壓(一般為2.5V以上)，有效地避免了MOSFET的誤開通。

圖5 改進電路2

圖5給出的改進電路2是在驅動電路上加入了一個開通二極管Don和關斷三級管Qoff。當mos關斷時，Qoff打開，關斷電流就會流經該三極管Qoff，這樣MOSFET柵源極的電壓就被鉗位至地電平附近，從而有效地避免了MOSFET的誤開通。

總結

根據以上的分析，就可以求得MOSFET驅動電阻的上限值和下限值，一般來說，MOSFET驅動電阻的取值范圍在5~100歐姆之間，那么在這個范圍內如何進一步優化阻值的選取呢？

這就要從損耗方面來考慮，當驅動電阻阻值越大時，MOSFET開通關斷時間越長(如圖6所示)，在開關時刻電壓電流交疊時間久越大，造成的開關損耗就越大。所以在保證驅動電阻能提供足夠的阻尼，防止驅動電流震蕩的前提下，驅動電阻應該越小越好。

圖6 MOSFET開關時間隨驅動電阻的變化

比如通過式(4)和式(6)的計算得到驅動電阻的下限為5歐姆，上限為100歐姆。那么考慮一定的裕量，取驅動電阻為10歐姆時合適的，而將驅動電阻取得太大(比如50歐姆以上)，從損耗的角度來講，肯定是不合適的。

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