MOS管栅极驱动电阻计算

简介

在MOSFET的栅极上串联一个Rg电阻或将它接在MOSFET的栅极与驱动电路之间这是常见的做法。 能够衰减栅极上出现的振荡， 但降低了转换器的效率。

一般，驱动频率越高，阈值电压降低，对效率要求越高，Rg需要减小。

MOS管驱动电路要求

1. 提供足够高峰值电流的充放电路径（低输出阻抗）

MOSFET的开关过程本质上是对其栅极电容（Ciss, 特别是米勒电容Cgd） 进行充放电的过程。为了实现快速开关（以降低开关损耗），驱动电路必须能够在极短时间内提供和吸收足够大的峰值电流（Ipulse）。

其计算公式可简化为：I_gate ≈ Q_g / t_switch
其中，Q_g是总栅极电荷，t_switch是目标开关时间。

2. 提供合适的关断负压或可靠的关断钳位能力

在桥式拓扑（如半桥、全桥）中，当下管开关管高速开通时，会通过米勒电容（Cgd）在上管开关管的栅极上产生一个米勒平台电流。这个电流会在关断管的栅极电阻上产生电压，如果该电压超过其阈值电压（Vth），就会引起米勒效应导致的误导通，造成桥臂直通（Shoot-through），烧毁器件。

3.过流及短路保护（DESAT检测）

4. 精确的死区时间控制

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

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。

同时，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。

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。

计算公式来源于对栅极充电电流和目标开关时间的考量：

R_g：待计算的栅极驱动电阻（单位：Ω）。

V_{DRV}：驱动芯片的输出电压（单位：V）。例如12V。

V_{GP}：MOSFET的米勒平台电压（单位：V）。可从Datasheet中的传输特性曲线图估算，通常略高于阈值电压Vth。

I_{peak}：驱动芯片能提供的峰值电流或希望设定的峰值充电电流（单位：A）。这是关键。