MOSFET驱动电阻Rg的计算、选取详解-KIA MOS管

对于电机驱动来说，MOSFET是实现电流输出的关键器件，MOS驱动电路作为控制电路和功率电路的接口，其作用至关重要，它决定了这个电机驱动板卡的性能，本文就将详细探讨MOSFET驱动电路中驱动电阻的选型。

驱动电阻Rg的计算

1、驱动电阻的下限值

驱动电阻下限值的计算原则为：驱动电阻必须在驱动回路中提供足够的阻尼，来阻尼MOSFET开通瞬间驱动电流的震荡。

图2 MOSFET开通时的驱动电流

当MOSFET开通瞬间，Vcc通过驱动电阻给Cgs充电，如图2所示(忽略Rpd的影响)。根据图2，可以写出回路在s域内对应的方程:

式(4)给出了驱动电阻Rg的下限值，式(4)中Cgs为MOSFET管gs的寄生电容，其值可以在MOSFET对应的datasheet中查到。

而Lk是驱动回路的感抗，一般包含MOSFET引脚的感抗，PCB走线的感抗，驱动芯片引脚的感抗等，其精确的数值往往难以确定，但数量级一般在几十nH左右。

因此在实际设计时，一般先根据式(4)计算出Rg下限值的一个大概范围，然后再通过实际实验，以驱动电流不发生震荡作为临界条件，得出Rg下限值。

2、驱动电阻的上限值

驱动电阻上限值的计算原则为：防止MOSFET关断时产生很大的dV/dt使得MOSFET再次误开通。

当MOSFET关断时，其DS之间的电压从0上升到Vds(off)，因此有很大的dV/dt，根据公式：i=CdV/dt，该dV/dt会在Cgd上产生较大的电流igd，如图3所示。

图3 MOSFET关断时的对应电流

该电流igd会流过驱动电阻Rg，在MOSFETGS之间又引入一个电压，当该电压高于MOSFET的门槛电压Vth时，MOSFET会误开通，为了防止MOSFET误开通，应当满足：

式(6)给出了驱动电阻Rg的上限值，式(6)中Cgd为MOSFET栅源级的寄生电容，Vth为MOSFET的开启电压，均可以在对应的datasheet中查到，dV/dt则可以根据电路实际工作时MOSFET的漏源级电压和MOSFET关断时漏源级电压上升时间(该时间一般在datasheet中也能查到)求得。

从上面的分析可以看到，在MOSFET关断时，为了防止误开通，应当尽量减小关断时驱动回路的阻抗。基于这一思想，下面再给出两种很常用的改进型电路，可以有效地避免关断时mos的误开通问题。

图4 改进电路1

图4给出的改进电路1是在驱动电阻上反并联了一个二极管，当MOSFET关断时，关断电流就会流经二极管Doff，这样MOSFET栅源级的电压就为二极管的导通压降，一般为0.7V，远小于MOSFET的门槛电压(一般为2.5V以上)，有效地避免了MOSFET的误开通。

图5 改进电路2

图5给出的改进电路2是在驱动电路上加入了一个开通二极管Don和关断三级管Qoff。当mos关断时，Qoff打开，关断电流就会流经该三极管Qoff，这样MOSFET栅源极的电压就被钳位至地电平附近，从而有效地避免了MOSFET的误开通。

总结

根据以上的分析，就可以求得MOSFET驱动电阻的上限值和下限值，一般来说，MOSFET驱动电阻的取值范围在5~100欧姆之间，那么在这个范围内如何进一步优化阻值的选取呢？

这就要从损耗方面来考虑，当驱动电阻阻值越大时，MOSFET开通关断时间越长(如图6所示)，在开关时刻电压电流交叠时间久越大，造成的开关损耗就越大。所以在保证驱动电阻能提供足够的阻尼，防止驱动电流震荡的前提下，驱动电阻应该越小越好。

图6 MOSFET开关时间随驱动电阻的变化

比如通过式(4)和式(6)的计算得到驱动电阻的下限为5欧姆，上限为100欧姆。那么考虑一定的裕量，取驱动电阻为10欧姆时合适的，而将驱动电阻取得太大(比如50欧姆以上)，从损耗的角度来讲，肯定是不合适的。

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