为什么MOSFET栅极前面要加一个100Ω电阻?如何确定?

VBsemi微碧半导体 2023-12-12 14:17:40

我们经常会听到在MOSFET栅极前增加一个电阻。那么,为什么要增加这个电阻,进一步地来讲,为什么要增加一个100Ω电阻?

在MOSFET的栅极前增加一个电阻?

MOS管是电压型控制器件,一般情况下MOS管的导通,只需要控制栅极的电压超过其开启阈值电压即可,并不需要栅极电流。

所以从本质上来讲,MOS管工作室栅极上并不需要串联任何电阻。

还有一种情况,也就是MOS管栅极存在的寄生电容。一般为了加快MOS管导通和截止的速度,降低其导通和截止过程中的产生损耗,栅极上的等效电阻是应该越小越好,最好为0。

但我们却经常会看到关于MOSFET的电路中,栅极前串联着一个电阻。如下图:

那为什么要串联这个电阻呢?

在开关状态下,通常解释就是为了防止MOSFET在开关过程中会产生震荡波形,因为这会增加MOSFET开关损耗,不仅如此,如果震荡过大,还会引起MOS管被击穿。

再进一步讲,为什么电阻是100Ω呢?

我在网上看到一个仿真试验,实验在MOSFET电路中的栅极串联电阻R3,分别对它取1欧姆,10欧姆,50欧姆进行仿真实验:

当R3为1欧姆时,输出电压Vds上出现高频震荡信号。

当R3为10欧姆时,输出电压Vds的高频震荡信号明显被衰减。

当R3为50欧姆时,输出电压Vds的上升沿变得缓慢。其栅极电压上,因为漏极-栅极之间的米勒电容效应引发了台阶。此时对应的MOS管的功耗大大增加。

简单来说,如果它的取值小了,就会引起输出振铃,如果大了就会增加MOS管的开关过渡时间,从而增加其功耗。

是不是看到这里,还是不太清楚选值为100Ω的作用在哪里?我们以上面提到的开关震荡再进深一步探讨。这是一张MOSFET的驱动电路图:

功率MOS管的驱动电路中会分布各种电感,例如图中的L,它们与MOSFET的Cgd, Cge会形成谐振电路:对开关驱动信号中的高频谐波分量产生谐振,进而引起功率管输出电压的波动。

MOS管的栅极串联电阻Rg,会增大MOS管驱动回路中的损耗,然后降低谐振回路的Q值,使得电感与电容谐振现象快速衰减。

在这里我们可以理解到,MOS管栅极上所串联的电阻,是根据具体的MOS管和电路分布杂散电感来确定。

这跟我们上面提到阻值影响相关的,下面会详细提到:

如上图,当Rg值比较小时,驱动电压上冲会比较高,震荡较多,L(电感)越大也越明显,此时会对MOSFET及其他器件性能产生一定影响。

此外,驱动电流的峰值也比较大,但是一般情况下,IC的驱动电流输出能力是有一定限制的。

当阻值过大时,实际驱动电流达到IC输出的最大值时,IC输出就相当于一个恒流源,会对Cgs线性充电,驱动电压波形的上升率会变慢。

而驱动波形上升比较慢的话,如果MOSFET有较大电流通过时就有不利影响。

可以得出,阻值过大过小都是对MOSFET驱动电路产生一定不利影响的,而如何确定出合适的阻值,一般是根据管子的电流容量和电压额定值以及开关频率,来选取Rg的数值。

还记得上面那句话吗?

MOS管栅极上所串联的电阻,是根据具体的MOS管和电路分布杂散电感来确定。

因此它不是一个固定值,但100Ω却是个常用值,这是由于我们日常使用的驱动电路应用中常得出的“范围值”。然而,具体应用需要根据实验检测来确定。

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