L為PCB走線電感,根據(jù)他人經(jīng)驗(yàn)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,。
Rg為柵極驅(qū)動電阻,,設(shè)驅(qū)動信號為12V峰值的方波。
Cgs為MOSFET柵源極電容,不同的管子及不同的驅(qū)動電壓時(shí)會不一樣,,這兒取1nF,。
VL+VRg+VCgs=12V
計(jì)算式
這是個(gè)3階系統(tǒng),當(dāng)其極點(diǎn)為3個(gè)不同實(shí)根時(shí)是個(gè)過阻尼震蕩,,有兩個(gè)相同實(shí)根時(shí)是臨界阻尼震蕩,,當(dāng)有虛根時(shí)是欠阻尼震蕩,此時(shí)會在MOSFET柵極產(chǎn)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(shí)際上都是工作在過阻尼狀態(tài),。
根據(jù)以上得到
計(jì)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(qū)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(dāng)Rg比較小時(shí)驅(qū)動電壓上沖會比較高,,震蕩比較多,,L越大越明顯,此時(shí)會對MOSFET及其他器件性能產(chǎn)生影響,。但是阻值過大時(shí)驅(qū)動波形上升比較慢,,當(dāng)MOSFET有較大電流通過時(shí)會有不利影響。
MOSFET有較大電流通過時(shí)
此外也要看到,,當(dāng)L比較小時(shí),,此時(shí)驅(qū)動電流的峰值比較大,而一般IC的驅(qū)動電流輸出能力都是有一定限制的,,當(dāng)實(shí)際驅(qū)動電流達(dá)到IC輸出的最大值時(shí),,此時(shí)IC輸出相當(dāng)于一個(gè)恒流源,對Cgs線性充電,,驅(qū)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(shí)由于電流不變,電感不起作用),。這樣可能會對IC的可靠性產(chǎn)生影響,電壓波形上升段可能會產(chǎn)生一個(gè)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(nèi)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(qū)動輸出能力有關(guān),,可以近似認(rèn)為R=Vcc/Ipeak。一般IC的驅(qū)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(yīng)用中IC的驅(qū)動可以直接驅(qū)動MOSFET,,但是考慮到通常驅(qū)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(qū)動電阻進(jìn)行抑制??紤]到走線分布電容的影響,,這個(gè)電阻要盡量靠近MOSFET的柵極。
表
可以看到L對上升時(shí)間的影響比較小,,主要還是Rg影響比較大,。上升時(shí)間可以用2*Rg*Cgs來近似估算,通常上升時(shí)間小于導(dǎo)通時(shí)間的二十分之一時(shí),,MOSFET開關(guān)導(dǎo)通時(shí)的損耗不致于會太大造成發(fā)熱問題,,因此當(dāng)MOSFET的最小導(dǎo)通時(shí)間確定后Rg最大值也就確定了 ,一般Rg在取值范圍內(nèi)越小越好,,但是考慮EMI的話可以適當(dāng)取大,。
以上討論的是MOSFET ON狀態(tài)時(shí)電阻的選擇,在MOSFET OFF狀態(tài)時(shí)為了保證柵極電荷快速瀉放,,此時(shí)阻值要盡量小,,這也是Rsink
圖
實(shí)際使用中還要考慮MOSFET柵漏極還有個(gè)電容Cgd的影響,MOSFET ON時(shí)Rg還要對Cgd充電,會改變電壓上升斜率,,OFF時(shí)VCC會通過Cgd向Cgs充電,,此時(shí)必須保證Cgs上的電荷快速放掉,否則會導(dǎo)致MOSFET的異常導(dǎo)通,。