如果 MOSFET 栅极悬空,加直流高压,危险吗?

文章讨论了MOSFET在栅极悬空时,DS突加直流电压导致的瞬间冲击电流igd,以及如何防止由此引起的mos误开通和炸管问题。下拉电阻虽能防止空间电荷积累导致栅极击穿,但在高频冲击电流下,其作用有限。正确的做法是引入驱动电路,提供低阻抗回路,避免igd给Cgs充电。

考虑mos的寄生电容模型如下,栅极悬空

DS突加直流电压,Cgd上的电压会发生剧烈变化,根据公式

会瞬间感应出较大的冲击电流igd,由于栅极悬空,该电流无路可走,只能给Cgs充电,导致Vgs升高,当Vgs大于门槛电压Vth时,该mos误开通,导致桥臂直通炸管子。

另外, G级加下拉电阻是必须的,但是加下拉电阻的目的是防止空间电荷在Cgs上积累而导致栅极击穿,即给空间电荷提供一条泄放回路。

在这种情况下,个人认为下拉电阻不会起到太大作用,请看下图

DS突加直流电压,会导致瞬间冲击电流igd是肯定的了,关键就在于加了下拉电阻后igd是不是主要流经下拉电阻,而不给Cgs充电。答案是否,因为下拉电阻一般是10k的量级,而igd是高频冲击电流,电容在高频处的阻抗是很小的。从简单的分流原理就可以看出,igd大部分还是会给Cgs充电,导致mos误导通

正确的做法

加入驱动电路,并把驱动拉低,给igd提供一条低阻抗的回路。如下图

作者:知乎用户
链接:https://www.zhihu.com/question/28645204/answer/41841244
来源:知乎
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<think>嗯,用户问的是MOSFET驱动电路中栅极电阻并联二极管的作用。这个问题需要结合电力电子和半导体驱动的知识来回答。 用户可能正在设计或调试MOSFET驱动电路,遇到了开关速度或电压尖峰的问题。从专业角度看,栅极并联二极管的核心作用体现在开关过程的优化上。 参考引用[3]提到,当MOSFET关断时,并联二极管提供了低阻抗放电通路。这很关键,因为关断速度直接影响开关损耗。而引用[4]提到的交流耦合驱动案例中,负偏置电压的应用也依赖这种快速放电能力。 需要特别注意二极管方向性带来的不对称特性:导通时电流经过电阻,关断时直通二极管。这种设计巧妙平衡了开关速度和电压振荡抑制的矛盾需求。引用[3]还指出,当放电电阻过小时可能引发谐振,此时二极管的反向阻断特性恰好能抑制反向尖峰。 用户可能没意识到的是,这个二极管的选择也很讲究。引用[3]推荐使用1N4148这类高频小信号管,主要考虑其反向恢复特性。若选用慢恢复二极管,反而可能引入新的电压过冲问题。 最后要提醒实际设计中的折衷:过快的关断虽降低损耗,但可能增大电压变化率dv/dt,对EMI不利。引用[4]的负偏置案例就体现了这种设计权衡。</think>在MOSFET驱动电路中,栅极电阻($R_g$)并联一个二极管(通常称为“续流二极管”或“速二极管”)主要起到**速关断过程、抑制电压振荡并保护驱动电路**的作用。其核心原理和具体作用如下: --- ### **核心作用详解** 1. **MOSFET关断** - **导通过程**:当驱动信号为高电平时,电流通过栅极电阻 $R_g$ 向栅极电容 $C_{iss}$ 充电,导通速度由 $R_g$ 和 $C_{iss}$ 决定。 - **关断过程**:当驱动信号变为低电平时,栅极电容需放电。若仅通过 $R_g$ 放电,放电速度较慢(路径:$C_{iss} \rightarrow R_g \rightarrow$ 驱动器)。 - **二极管作用**:并联二极管(阴极接驱动器输出端)为放电电流提供**低阻抗路径**(路径:$C_{iss} \rightarrow$ 二极管 $\rightarrow$ 驱动器)。此时放电电阻近似为二极管导通电阻(极小),显著缩短关断时间[^3]。 2. **抑制关断电压振荡** - MOSFET关断时,栅极回路中的寄生电感($L_{\text{parasitic}}$)与 $C_{iss}$ 可能形成LC振荡电路,产生电压尖峰。 - 并联二极管在关断时提供低阻抗回路,阻尼振荡能量,减少栅极电压过冲风险[^3][^4]。 3. **实现非对称驱动** - 通过独立控制开通与关断速度: - **开通速度**:由 $R_g$ 限制(避免过大的 $di/dt$ 和导通损耗)。 - **关断速度**:由二极管主导(快速放电,降低开关损耗)。 - 适用于需**快速关断但限制开通速度**的场景(如防止桥臂直通)[^3][^4]。 --- ### **设计注意事项** 1. **二极管选型** - 需选用**快恢复二极管**(如1N4148),反向恢复时间短,避免引入额外损耗[^3]。 - 部分设计中会在二极管串联小电阻(约数Ω),进一步抑制反向谐振尖峰[^3]。 2. **与负压关断的结合** - 在交流耦合驱动电路中(图31),该二极管可协助建立负偏置电压($-V_{\text{CL}}$),提升 $dv/dt$ 抗扰性[^4]。 3. **避免直通风险** - 在桥式拓扑中,关断延迟可能导致上下管直通。并联二极管缩短关断时间,降低此类风险。 --- ### **典型电路示意图** ```plaintext 驱动器输出 │ ├───▶|───┐ (二极管方向:阴极朝向驱动器) │ │ R_g Diode │ │ └───┬───┘ │ ├───▶ 栅极(G) │ C_iss (MOSFET输入电容) │ 源极(S) ``` --- ### **总结** 栅极电阻并联二极管的核心价值是: - ✅ **关断速**:通过低阻抗放电路径缩短关断时间,降低开关损耗。 - ✅ **振荡抑制**:阻尼LC谐振,保护栅氧层免受电压尖峰冲击[^1][^3]。 - ✅ **灵活调控**:实现开通与关断速度的独立优化,提升系统可靠性[^4]。 此设计在高速开关、高功率场景(如电机驱动、电源转换器)中尤为重要,需根据实际寄生参数调整二极管参数[^3][^4]。 --- ### **相关问题** 1. MOSFET栅极串联电阻 $R_g$ 的取值依据是什么?过大或过小有何风险? 2. 为何某些驱动电路需要在栅-源极间并联电阻 $R_{gs}$?它与关断二极管有何区别?[^2] 3. 交流耦合驱动电路如何通过电容和二极管实现负偏置?其优缺点是什么?[^4] 4. 如何通过仿真验证并联二极管对开关损耗和电压振荡的影响? [^1]: 栅极电压对MOSFET性能的影响 [^2]: 深入浅出带你搞懂-MOSFET栅极电阻 [^3]: MOSFET驱动电阻的选择 [^4]: MOSFET和IGBT栅极驱动器电路的基本原理学习笔记(五)
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