L為PCB走線電感,根據(jù)他人經(jīng)驗其值為直走線1nH/mm,考慮其他走線因素,取L=Length+10(nH),,其中Length單位取mm。
Cgs為MOSFET柵源極電容,不同的管子及不同的驅動電壓時會不一樣,,這兒取1nF,。
VL+VRg+VCgs=12V
計算式
這是個3階系統(tǒng),當其極點為3個不同實根時是個過阻尼震蕩,,有兩個相同實根時是臨界阻尼震蕩,,當有虛根時是欠阻尼震蕩,此時會在MOSFET柵極產生上下震蕩的波形,,這是我們不希望看到的,,因此柵極電阻Rg阻值的選擇要使其工作在臨界阻尼和過阻尼狀態(tài),考慮到參數(shù)誤差實際上都是工作在過阻尼狀態(tài),。
根據(jù)以上得到
計算式
因此根據(jù)走線長度可以得到Rg最小取值范圍,。
等效驅動電路圖
分別考慮20m長m和70mm長的走線: L20=30nH,L70=80nH,, 則Rg20=8.94Ω,,Rg70=17.89Ω,
以下分別是電壓電流波形:
電壓電流波形
可以看到當Rg比較小時驅動電壓上沖會比較高,,震蕩比較多,,L越大越明顯,此時會對MOSFET及其他器件性能產生影響。但是阻值過大時驅動波形上升比較慢,,當MOSFET有較大電流通過時會有不利影響,。
MOSFET有較大電流通過時
此外也要看到,當L比較小時,,此時驅動電流的峰值比較大,,而一般IC的驅動電流輸出能力都是有一定限制的,當實際驅動電流達到IC輸出的最大值時,,此時IC輸出相當于一個恒流源,,對Cgs線性充電,驅動電壓波形的上升率會變慢,。電流曲線就可能如左圖所示(此時由于電流不變,,電感不起作用)。這樣可能會對IC的可靠性產生影響,,電壓波形上升段可能會產生一個小的臺階或毛刺,。
IC的PWM OUT輸出
一般IC的PWM OUT輸出如左圖所示,內部集成了限流電阻Rsource和Rsink,,通常Rsource>Rsink,具體數(shù)值大小同IC的峰值驅動輸出能力有關,,可以近似認為R=Vcc/Ipeak,。一般IC的驅動輸出能力在0.5A左右,因此Rsource在20Ω左右,。
由前面的電壓電流曲線可以看到一般的應用中IC的驅動可以直接驅動MOSFET,,但是考慮到通常驅動走線不是直線,感量可能會更大,,并且為了防止外部干擾,,還是要使用Rg驅動電阻進行抑制??紤]到走線分布電容的影響,,這個電阻要盡量靠近MOSFET的柵極。
表
可以看到L對上升時間的影響比較小,,主要還是Rg影響比較大,。上升時間可以用2*Rg*Cgs來近似估算,通常上升時間小于導通時間的二十分之一時,,MOSFET開關導通時的損耗不致于會太大造成發(fā)熱問題,,因此當MOSFET的最小導通時間確定后Rg最大值也就確定了 ,一般Rg在取值范圍內越小越好,,但是考慮EMI的話可以適當取大,。
以上討論的是MOSFET ON狀態(tài)時電阻的選擇,在MOSFET OFF狀態(tài)時為了保證柵極電荷快速瀉放,此時阻值要盡量小,,這也是Rsink
圖
實際使用中還要考慮MOSFET柵漏極還有個電容Cgd的影響,,MOSFET ON時Rg還要對Cgd充電,會改變電壓上升斜率,,OFF時VCC會通過Cgd向Cgs充電,,此時必須保證Cgs上的電荷快速放掉,否則會導致MOSFET的異常導通,。