MOS管栅极串接电阻,栅极串联电阻作用-KIA MOS管
MOS管栅极串接电阻作用
mos管是电压控制器件,导通只需要控制栅极的电压超过其开启阈值电压即可,不需要栅极电流。所以本质上,MOS管栅极上无需串联任何电阻。
对于双极性三极管,它是电流控制器件。它的基极串联电阻是为了了限制基极电流的大小,否则对于驱动信号源来说,三极管的基极对地之间就等效成一个二极管,会对前面驱动电路造成影响。
而MOS管,由于它的栅极相对于漏极和源极是绝缘的,所以栅极上无需串联电阻进行限流。
相反,考虑到MOS管栅极存在的寄生电容,为了加快MOS管导通和截止的速度,降低MOS管在导通和截止过程中的损耗,它的栅极上的等效电阻应该越小越好。
实际很多MOS管电路中,在MOS管栅极上所串联的电阻几乎无处不在,这个电阻存在会延长MOS导通和截止的时间,增加无谓的损耗。那为什么有些电路上还要在MOS管的栅极前放这个电阻呢,它到底有什么作用?
首先要明确一个概念,模拟电路不是软件编程、非0即1,而是一个连续变化的过程。无论是电容上的电压还是电感上的电流,都不能突变,否则将产生灾难性的后果。上跳沿和下降沿并不是越陡峭越好,有时候在设计中甚至故意添加一些电阻让上升下降沿变得平缓以保护元器件。
电路中,电阻R17有三个作用,其一是防止震荡,其二是减小栅极充电峰值电流,其三是保护后面MOS管D-S极不被击穿。
第一点,一般单片机的I/O输出口都会带点杂散电感,在电压突变的情况下可能和栅极电容形成LC振荡,当它们之间串上R17后,可增大阻尼而减小振荡效果。
第二,当栅极电压拉高时,首先会对栅极电容充电,充电峰值电流会超过了单片机的 I/O 输出能力,串上 R17 后可放慢充电时间而减小栅极充电电流。
第三,当栅极关断时,MOS管的D-S极从导通状态变为截止状态时,漏源极电压VDS会迅速增加,如果过大,就会击穿器件,所以添加R17可以让栅极电容慢慢放电,而不至于使器件击穿。
为什么MOS管的栅极要串接电阻?
第一是限制驱动电流,防止驱动电流过大,避免驱动芯片会因为驱动能力不足损坏。
MOS管的开启,是对各个电容进行充电,在充电的瞬间电容相当于短路,并且电流非常大,驱动芯片无法承接这么大的电流,所以这个电阻就起到了一个限流与保护作用。
但电阻阻值不能太大, 太大的话MOS管的导通时间和关断时间会变长,这样开关损耗就会增加了。
第二个就是可以消除MOS管栅极的振荡信号。
驱动芯片到MOS管的走线存在寄生电感,并且MOS管的内部电机引线也会有电感,此外MOS管的极间是存在寄生电容的,因此MOS管的开关电路就等效于一个LC低通滤波电路。
其输出与输入的比值,就是增益。
当增益大于1时,噪声就被放大了。
它的谐振频率点附近会产生较高的增益,如果没有一个电阻引入,增益就会等于无穷大。
而驱动信号又是频率分量非常丰富的阶跃信号,必定有谐振频率点附近的信号,因此容易产生谐振,继而产生振荡。
电阻的存在就是用来提供一个阻尼,吸收这样的振荡信号,串接电阻的阻值增大,谐振频率点增益就会减小。一般阻值在10Ω左右即可,公式Rg>2(L/Cgs)^0.5。
电阻的位置应该是在驱动端还是MOS管端呢?
在一些小功率MOS管电路,驱动端还是MOS管端其实都可以。但是对于大功率的MOS管开关电路,由于关断时MOS管容易受到串扰,可能会产生误操作,因此一般放在MOS管端。
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