18、汽车功率系统中的MOSFET与相关电路技术解析

汽车功率系统中的MOSFET与相关电路技术解析

1. MOSFET开关波形与安全工作区

1.1 MOSFET导通与关断波形

MOSFET在导通时，电流原本通过二极管流向负载，随后切换至MOSFET。根据二极管的选择，其恢复电流可能会给漏极电流增加额外电流。在漏源极电压降下降期间，栅极电压保持不变，被钳位在一个称为米勒平台的水平。整个开关过程在电路中的电流达到最大值 $I_0$ 很久之后才结束。

而在关断时，控制电压突然下降后，器件栅极电压缓慢降低，栅极电流释放电容电荷。当栅极电压达到米勒平台阈值时，集电极电压开始上升，同时栅极电压保持恒定。当漏源极电压达到电路中的最大电压（通常为电源电压）时，集电极电流开始下降，栅极电压同时向控制电压降低。

1.2 安全工作区（SOA）

MOSFET器件具有理想的矩形安全工作区（SOA）。在实际电路中，由于存在开关电感（受控电路的串联电感），工作点会沿着特定轨迹分布。合理的设计要求这些工作点位于数据手册中所示的矩形SOA内。

2. 栅极驱动要求

2.1 基本要求

对于应用工程师来说，控制电路的要求至关重要。增强型MOSFET需要与漏极电压极性相同的栅极电压。栅极控制电压 $V_{GS}$ 应加以限制，以保护栅极和源极区域之间的氧化硅层。需要设计低阻抗的栅极电路，以避免过电压。若出现过电压，可在齐纳二极管和栅极之间插入一个小电阻后，用齐纳二极管提供保护，防止振荡。

栅极驱动器的电源电压通常为10 - 30 V，对于“逻辑电平MOSFET”则为4.5 V。尽管栅极电路的峰值电流较大，但由于平均电流很低，功耗可能非常低