MOSFET作為功率開關管，已經(jīng)是是開關電源領域的絕對主力器件,。雖然MOSFET作為電壓型驅動器件,，其驅動表面上看來是非常簡單，但是詳細分析起來并不簡單,。下面我會花一點時間,，一點點來解析MOSFET的驅動技術，以及在不同的應用,，應該采用什么樣的驅動電路,。
首先，來做一個實驗,，把一個MOSFET的G懸空,，然后在DS上加電壓，那么會出現(xiàn)什么情況呢,？很多工程師都知道,，MOS會導通甚至擊穿。這是為什么呢,？因為我根本沒有加驅動電壓,，MOS怎么會導通？用下面的圖,，來做個仿真：
去探測G極的電壓,，發(fā)現(xiàn)電壓波形如下：
G極的電壓居然有4V多，難怪MOSFET會導通,，這是因為MOSFET的寄生參數(shù)在搗鬼,。
這種情況有什么危害呢？實際情況下,，MOS肯定有驅動電路的么,，要么導通,，要么關掉。問題就出在開機,，或者關機的時候,，最主要是開機的時候，此時你的驅動電路還沒上電,。但是輸入上電了,，由于驅動電路沒有工作，G級的電荷無法被釋放,，就容易導致MOS導通擊穿,。那么怎么解決呢？
在GS之間并一個電阻.
那么仿真的結果呢:
幾乎為0V
什么叫驅動能力,，很多PWM芯片,，或者專門的驅動芯片都會說驅動能力，比如384X的驅動能力為1A,，其含義是什么呢,？
假如驅動是個理想脈沖源，那么其驅動能力就是無窮大,，想提供多大電流就給多大,。但實際中，驅動是有內阻的,，假設其內阻為10歐姆,，在10V電壓下，最多能提供的峰值電流就是1A,，通常也認為其驅動能力為1A,。
那什么叫驅動電阻呢，通常驅動器和MOS的G極之間,，會串一個電阻,，就如下圖的R3。
驅動電阻的作用,，如果你的驅動走線很長,，驅動電阻可以對走線電感和MOS結電容引起的震蕩起阻尼作用。但是通常,，現(xiàn)在的PCB走線都很緊湊,，走線電感非常小。
第二個,，重要作用就是調解驅動器的驅動能力,，調節(jié)開關速度。當然只能降低驅動能力，而不能提高,。
對上圖進行仿真,，R3分別取1歐姆，和100歐姆,。下圖是MOS的G極的電壓波形上升沿,。
去探測G極的電壓，發(fā)現(xiàn)電壓波形如下：
G極的電壓居然有4V多,，難怪MOSFET會導通,，這是因為MOSFET的寄生參數(shù)在搗鬼。
這種情況有什么危害呢,？實際情況下,，MOS肯定有驅動電路的么，要么導通,，要么關掉,。問題就出在開機，或者關機的時候,，最主要是開機的時候,，此時你的驅動電路還沒上電。但是輸入上電了,，由于驅動電路沒有工作,，G級的電荷無法被釋放,，就容易導致MOS導通擊穿。那么怎么解決呢,？
在GS之間并一個電阻.
那么仿真的結果呢:
幾乎為0V
什么叫驅動能力,，很多PWM芯片，或者專門的驅動芯片都會說驅動能力,，比如384X的驅動能力為1A,，其含義是什么呢？
假如驅動是個理想脈沖源,，那么其驅動能力就是無窮大,，想提供多大電流就給多大。但實際中,，驅動是有內阻的,，假設其內阻為10歐姆，在10V電壓下,，最多能提供的峰值電流就是1A,，通常也認為其驅動能力為1A。
那什么叫驅動電阻呢,，通常驅動器和MOS的G極之間,，會串一個電阻，就如下圖的R3,。
驅動電阻的作用,，如果你的驅動走線很長，驅動電阻可以對走線電感和MOS結電容引起的震蕩起阻尼作用,。但是通常,，現(xiàn)在的PCB走線都很緊湊，走線電感非常小,。
第二個,，重要作用就是調解驅動器的驅動能力，調節(jié)開關速度,。當然只能降低驅動能力,，而不能提高。
對上圖進行仿真,，R3分別取1歐姆,，和100歐姆。下圖是MOS的G極的電壓波形上升沿,。
紅色波形為R3=1歐姆,，綠色為R3=100歐姆。可以看到,，當R3比較大時,，驅動就有點力不從心了，特別在處理米勒效應的時候,，驅動電壓上升很緩慢,。
下圖，是驅動的下降沿
同樣標稱7A的mos,，不同的廠家,，不同的器件，參數(shù)是不一樣的,。所以沒有什么公式可以去計算,。
那么驅動的快慢對MOS的開關有什么影響呢？下圖是MOS導通時候DS的電壓：
紅色的是R3=1歐姆,，綠色的是R3=100歐姆,。可見R3越大,，MOS的導通速度越慢,。
下圖是電流波形
紅色的是R3=1歐姆，綠色的是R3=100歐姆,。可見R3越大,，MOS的導通速度越慢
可以看到,，驅動電阻增加可以降低MOS開關的時候得電壓電流的變化率。比較慢的開關速度,，對EMI有好處,。下圖是對兩個不同驅動情況下，MOS的DS電壓波形做付利葉分析得到
紅色的是R3=1歐姆,，綠色的是R3=100歐姆,。可見,，驅動電阻大的時候,，高頻諧波明顯變小。
但是驅動速度慢,，又有什么壞處呢,？那就是開關損耗大了，下圖是不同驅動電阻下,，導通損耗的功率曲線,。
紅色的是R3=1歐姆，綠色的是R3=100歐姆?？梢?，驅動電阻大的時候，損耗明顯大了,。
結論：驅動電阻到底選多大,？還真難講，小了,，EMI不好,，大了，效率不好,。
所以只能一個折中的選擇了,。
那如果，開通和關斷的速度要分別調節(jié),，怎么辦,？就用以下電路。
MOSFET的自舉驅動.
對于NMOS來說,，必須是G極的電壓高于S極一定電壓才能導通,。那么對于對S極和控制IC的地等電位的MOS來說，驅動根本沒有問題,，如上圖,。
但是對于一些拓撲，比如BUCK（開關管放在上端）,，雙管正激,，雙管反激，半橋,，全橋這些拓撲的上管,，就沒辦法直接用芯片去驅動，那么可以采用自舉驅動電路,。
看下圖的BUCK電路：
加入輸入12V,，MOS的導通閥值為3V，那么對于Q1來說,，當Q1導通之后,，如果要維持導通狀態(tài)，Q1的G級必須保證15V以上的電壓,，因為S級已經(jīng)有12V了
那么輸入才12V,，怎么得到15V的電壓呢？
其實上管Q1驅動的供電在于 Cboot,。
看下圖,，芯片的內部結構：
Cboot是掛在boot和LX之間的,，而LX卻是下管的D級，當下管導通的時候,，LX接地,，芯片的內部基準通過Dboot（自舉二極管）對Cboot充電。當下管關,，上管通的時候,，LX點的電壓上升，Cboot上的電壓自然就被舉了起來,。這樣驅動電壓才能高過輸入電壓,。
當然芯片內部的邏輯信號在提供給驅動的時候，還需要Level shift電路,，把信號的電平電壓也提上去,。
Buck電路，現(xiàn)在有太多的控制芯片集成了自舉驅動,，讓整個設計變得很簡單,。但是對于，雙管的,，橋式的拓撲,，多數(shù)芯片沒有集成驅動。那樣就可以外加自舉驅動芯片,，48V系統(tǒng)輸入的,，可以采用Intersil公司的ISL21XX，HIP21XX系列,。如果是AC/DC中,，電壓比較高的，可以采用IR的IR21XX系列,。
下圖是ISL21XX的內部框圖,。
其核心的東西,，就是紅圈里的boot二極管,，和Level shift電路
ISL21XX驅動橋式電路示意圖：
驅動雙管電路：
驅動有源鉗位示意圖：
當然以上都是示意圖，沒有完整的外圍電路,，但是外圍其實很簡單,，參考datasheet即可
ISL21XX驅動橋式電路示意圖：
驅動雙管電路：
驅動有源鉗位示意圖：
當然以上都是示意圖，沒有完整的外圍電路,，但是外圍其實很簡單,，參考datasheet即可。
自舉電容主要在于其大小,，該電容在充電之后,，就要對MOS的結電容充電,，如果驅動電路上有其他功耗器件，也是該電容供電的,。所以要求該電容足夠大,，在提供電荷之后，電容上的電壓下跌最好不要超過原先值的10%,，這樣才能保證驅動電壓,。但是也不用太大，太大的電容會導致二極管在充電的時候,，沖擊電流過大,。
對于二極管，由于平均電流不會太大,，只要保證是快速二極管,。當然，當自舉電壓比較低的時候,，這個二極管的正向壓降,，盡量選小的。
電容沒什么,，磁片電容,，幾百n就可以了。但是二極管,，要超快的,，而且耐壓要夠。電流不用太大,，1A足夠,。
隔離驅動。當控制和MOS處于電氣隔離狀態(tài)下,，自舉驅動就無法勝任了,，那么就需要隔離驅動了。下面來討論隔離驅動中最常用的,，變壓器隔離驅動,。
看個最簡單的隔離驅動電路，被驅動的對象是Q1,。
其實MOS只是作為開關管,，需要注意的是電機是感性器件，還有電機啟動時候的沖擊電流,。還有堵轉時候的的啟動電流,。
驅動源參數(shù)為12V ，100KHz,， D=0.5,。
驅動變壓器電感量為200uH,，匝比為1：1。
紅色波形為驅動源V1的輸出,，綠色為Q1的G級波形,。可以看到,，Q1-G的波形為具有正負電壓的方波,，幅值6V了。
為什么驅動電壓會下降呢,，是因為V1的電壓直流分量,，完全被C1阻擋了。所以C1也稱為隔直電容,。
下圖為C1上的電壓,。
其平均電壓為6V，但是峰峰值,，卻有2V,，顯然C1不夠大，導致驅動信號最終不夠平,。那么把C1變?yōu)?70n,。Q1-G的電壓波形就變成如下：
驅動電壓變得平緩了些。如果把驅動變壓器的電感量增加到500uH,。驅動信號就如下圖：
驅動信號顯得更為平緩
從這里可以看到,，這種驅動，有個明顯的特點,，就是驅動電平,，最終到達MOS的時候，電壓幅度減小了,，具體減小多少呢,，應該是D*V,D為占空比，那么如果D很大的話,，驅動電壓就會變得很小,，如下圖，D=0.9
發(fā)現(xiàn)驅動到達MOS的時候,，正壓不到2V了,。顯然這種驅動不適合占空比大的情況,。
從上面可以看到,，在驅動工作的時候，其實C1上面始終有一個電壓存在,，電壓平均值為
V*D,，也就是說這個電容存儲著一定的能量,。那么這個能量的存在，會帶來什么問題呢,？
下面模擬驅動突然掉電的情況：
可見,，在驅動突然關掉之后，C1上的能量,，會引起驅動變的電感,，C1以及mos的結電容之間的諧振。如果這個諧振電壓足夠高的話,，就會觸發(fā)MOS,，對可靠性帶來危害。
那么如何來降低這個震蕩呢,，在GS上并個電阻,，下圖是并了1K電阻之后波形：
但是這個電阻會給驅動帶來額外的損耗。
如何傳遞大占空比的驅動：
看一個簡單的驅動電路,。
當D=0.9的時候
紅色波形為驅動源輸出,，綠色為到達MOS的波形?；颈３至蓑寗釉吹牟ㄐ?。
同樣，這個電路在驅動掉電的時候,，比如關機,，也會出現(xiàn)震蕩。
而且似乎這個問題比上面的電路還嚴重,。
下面嘗試降低這個震蕩,，首先把R5改為1K
確實有改善，但問題還是嚴重,，繼續(xù)在C2上并一個1K的電阻,。
綠色的波形，確實更改善了一些,，但是問題還是存在,。這是個可靠性的隱患
對于這個問題如何解決呢？可以采用soft stop的方式來關機,。soft stop其實就是soft start的反過程,，就是在關機的時候，讓驅動占空比從大往小變化,，直到關機,。很多IC已經(jīng)集成了該功能。
可看到,，驅動信號在關機的時候,，沒有了上面的那些震蕩,。
對于半橋，全橋的驅動,，由于具有兩相驅動,，而且相位差為180度，那么如何用隔離變壓器來驅動呢,？
采用一拖二的方式,，可以來驅動兩個管子。
下圖,，是兩個驅動源的波形：
通過變壓器傳遞之后,，到達MOS會變成如下：
在有源鉗位，不對稱半橋,，以及同步整流等場合,，需要一對互補的驅動，那么怎么用一路驅動來產(chǎn)生互補驅動,，并且形成死區(qū),。可用下圖,。
波形如下圖：
