MOS管驱动电路设计及其中电阻的作用

MOS管驱动电路要求
为了能够充分精确地导通和关断MOS管，设计一种可靠稳定的驱动及保护电路是必要的。一般来说，MOS管的驱动电路需要满足以下要求：

① 开关管的开通过程，驱动电流能够提供较大的充电电流，尽量减少米勒电容的充电时间，从而保证栅源极间电压迅速上升并达到所需的开通电压，保证开关管能够快速开通，并在上升沿无高频振荡；

② 导通后，源栅极间电压保持稳定，并保证开关管的稳定可靠导通；

③ 驱动电路简单，稳定可靠；

④ 对于SiC-Mosfet在关断时应当提供负压从而保证开关管的可靠关断，并且整个驱动电路应当具有较低的等效阻抗，从而保证开关管的快速关断放电。

（1） 驱动电压选择

根据数据手册查询得到使用的MOS管的驱动电压范围

另外，由于在MOSFET的栅极和漏极之间存在Miller电容，电压的过度变化会通过米勒电容产生较大的位移电流，当位移电流达到一定值时，会使通过驱动电阻产生的电压高于用于MOSFET的开启阈值电压，这将导致MOSFET被误导通，从而可能导致同一个桥臂的两个MOSFET之间的直通短路。

（2） 栅极驱动电阻选择
栅极和源极之间存在寄生电感会导致栅极电压会出现振荡，需要设置栅极驱动电阻来抑制栅极电压的振荡。

驱动电阻越小驱动电流越大，大电流会加快MOSFET的开断时间，有利于减小开关损耗。

然而，这样会导致关断过程中漏极电流的下降速率加快，继而在主回路的杂散电感上产生较大的关断电压过冲，如果漏极关断电压过冲大于MOSFET的额定电压值，这样有可能会导致MOSFET击穿损坏。

因此选择合适的栅极电阻，既可以保证开通关断期间响应速度，同时不会使栅极驱动电压发生振荡。

通常采用下式选取驱动电阻：

其中，tr为上升时间，Ciss为输入电容。

（3）驱动电流计算
栅极驱动电流的大小决定驱动电路的驱动能力，需要适当取值。单个MOS管所需平均驱动电流估算式为：

其中，Ig为平均驱动电流，Qg为门级电荷，td(on)为开通延时，tr为上升时间。
（4）驱动方案
由于SiC-MOSfet的器件特性，要求关断时栅源极的电压为负值。在不使用专用SiC-MOSfet驱动芯片的前提下，可以将MOS管的源极处电压设置为+5V，栅极电压随PWM信号变化在+23V~-5V范围内改变。当驱动信号为正时，栅源极电压差为18V ，MOS管导通；当驱动信号为负时，Vgs=-5V ，MOS管关闭。

MOS管驱动电路中电阻的作用
以下图为例：

Rg1的作用：

限流，控制开关响应速度，同时防止寄生电感引起的驱动电压振荡，烧坏MOS管

Rg2的作用：

在MOS管关断过程中与二极管D1形成快速放电通路，同时限制放电电流

R1的作用：

MOS管开通过程中产生稳定的级间电压，保证稳定导通

更成熟的驱动方案：

用三极管来泄放栅源极间电容电压是比较常见的。如果Q1的发射极没有电阻，当PNP三极管导通时，栅源极间电容短接，达到最短时间内把电荷放完，最大限度减小关断时的交叉损耗。
还有一个好处，就是栅源极间电容上的电荷泄放时电流不经过电源IC，提高了可靠性