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詳解:大電流MOSFET的門極驅(qū)動(dòng)峰值電流的計(jì)算方法

發(fā)布時(shí)間:2023-01-17 責(zé)任編輯:lina

【導(dǎo)讀】大電流MOSFET的使用廣泛,它們的導(dǎo)通電阻低,電流能力較大,適合在各種開關(guān)電源中應(yīng)用,在具體的器件驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)中,需要注意其門極電容較大,適合的門極驅(qū)動(dòng)器需要有足夠的電流,去將門極電容充電,從而使電壓達(dá)到Vth,進(jìn)而在系統(tǒng)允許的時(shí)間內(nèi)去完全導(dǎo)通。


大電流MOSFET的使用廣泛,它們的導(dǎo)通電阻低,電流能力較大,適合在各種開關(guān)電源中應(yīng)用,在具體的器件驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)中,需要注意其門極電容較大,適合的門極驅(qū)動(dòng)器需要有足夠的電流,去將門極電容充電,從而使電壓達(dá)到Vth,進(jìn)而在系統(tǒng)允許的時(shí)間內(nèi)去完全導(dǎo)通。


在門極驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)中,需要注意一些典型的錯(cuò)誤。例如,不能混淆門即輸入電容CISS和門極等效電容CEI之間的差異,不能簡(jiǎn)單的通過CISS和電容的基本公式來計(jì)算門極驅(qū)動(dòng)電流,如圖1所示。



詳解:大電流MOSFET的門極驅(qū)動(dòng)峰值電流的計(jì)算方法


圖1:電容充電基本公式


一般來說,MOSFET實(shí)際的門極等效電容CEI會(huì)比CISS大一些,這個(gè)數(shù)值需要從MOSFET廠家給出的門極總電荷QG中得到,它也和MOSFET門極驅(qū)動(dòng)電壓有關(guān)。



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圖2:門級(jí)總電荷的分解


這里我們先解釋一下QG的概念,進(jìn)而說明一下QGS、QGD、QOD的實(shí)際意義。



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圖3:MOSFET的門級(jí)電荷特性


圖3是典型的MOSFET的門極電荷變化特性,其中在曲線上我們可以看到,MOSFET從完全不導(dǎo)通到充電到米勒平臺(tái),這階段需要的門極電荷是QGS,經(jīng)過米勒平臺(tái)需要的門極電荷是QGD,米勒電容到最終完全導(dǎo)通需要的門級(jí)電荷是QOD,這三部分門級(jí)電荷之和就是門極總電荷QG,我們會(huì)從MOSFET廠家規(guī)格書中得到這些數(shù)據(jù)。


從這里,我們可以得到計(jì)算門極驅(qū)動(dòng)電流的方法:


首先,為了讓MOSFET導(dǎo)通徹底,所以會(huì)選擇適合的門極驅(qū)動(dòng)電壓,這個(gè)電壓會(huì)遠(yuǎn)高于Vth。

其次,考慮到門極驅(qū)動(dòng)電壓確定之后,可以根據(jù)門極總電荷得到門極等效充電電容CEI,二者關(guān)系是總電荷除以給定的VGS就是等效電容CEI。

最后,計(jì)算門極驅(qū)動(dòng)電流的方法就是根據(jù)總門極電荷除以需要的門極電壓轉(zhuǎn)換時(shí)間,就得到需要的門極驅(qū)動(dòng)峰值電流值。


詳解:大電流MOSFET的門極驅(qū)動(dòng)峰值電流的計(jì)算方法

圖4:門級(jí)驅(qū)動(dòng)電流計(jì)算方法


圖4給出了計(jì)算驅(qū)動(dòng)電流的公式,只要知道轉(zhuǎn)換時(shí)間,以及門極驅(qū)動(dòng)總電荷,就可以得到需要的驅(qū)動(dòng)電流,這里我們需要注意門極等效電荷CEI是和門極驅(qū)動(dòng)電壓VGS相關(guān)。


門極驅(qū)動(dòng)電流計(jì)算雖然簡(jiǎn)單,但是真正理解它的計(jì)算過程,是需要搞清楚一些基本概念的,上述分析可以作為一個(gè)基本的知識(shí)基礎(chǔ)。



參考文獻(xiàn):
AN786 Driving Power MOSFETs in High-Current, Switch Mode Regulators
來源:電源漫談



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