MOS管驱动电流估算及MOS驱动的几个特别应用解析

MOS管驱(qu)动(dong)电(dian)流估算是(shi)本文的重(zhong)点，如下参数：

有人可能会这样计算：

开通(tong)电流

Ion=Qg/Ton=Qg/Td(on)+tr，带入数据得Ion=105nc/(140+500)ns=164mA

关断(duan)电流

Ioff=Qg/Toff= Qg/Td(off)+tf，带(dai)入数据(ju)得Ioff=105nc/(215+245)ns=228mA。

于是乎得(de)出这(zhei)样的结论，驱动电流只需 300mA左右即(ji)可。仔细想想这(zhei)样计算(suan)对吗？这里必须要注意这样一(yi)个(ge)条件(jian)细节，RG=25Ω。所以这个(ge)指标没有什么意义。

应(ying)该怎么计算(suan)才对呢(ni)？其实应(ying)该是这样的(de)(de)(de)，根据(ju)产品的(de)(de)(de)开关速度来(lai)决定开关电(dian)流。根据(ju)I=Q/t，获得(de)了具体(ti)MOS管Qg数(shu)据(ju)，和我们(men)线路的(de)(de)(de)电(dian)流能力(li)，就可(ke)以(yi)获得(de)Ton= Qg/I。比如45N50，它(ta)在Vgs=10V，VDS=400V，Id=48A的(de)(de)(de)时候，Qg=105nC。如果用(yong)1A的(de)(de)(de)驱(qu)动能力(li)去驱(qu)动，就可(ke)以(yi)得(de)到最快(kuai)105nS的(de)(de)(de)开关速度。

当然这也只(zhi)能估(gu)算出驱动(dong)电(dian)流的(de)数值，还需进一步(bu)测(ce)试(shi)MOS管的(de)过(guo)冲波形。在(zai)(zai)设计驱动(dong)电(dian)路的(de)时候，一般在(zai)(zai)MOS管前(qian)面(mian)串一个10Ω左右的(de)电(dian)阻（根据测(ce)试(shi)波形调整参数）。

这里要注意的是要用Qg来计算开启关断速度，而不是用栅极电容来计算。

MOS管驱动电流估(gu)算讲了，下(xia)面讲讲MOS管开通过程：

开始给MOS管Cgs充电，当电压(ya)升(sheng)到 5V时(shi)，Id流(liu)过一定的电流(liu)。继续充电，Id越(yue)来越(yue)大，但(dan)还没完全(quan)导通。当Id升(sheng)到最大电流(liu)时(shi)，Id不再变(bian)化，Cgs也不再变(bian)化。

这时输入电(dian)压不(bu)给(ji)Cgs充电(dian)，而是给(ji)Cgd米勒电(dian)容充电(dian)，然(ran)后MOS管完全导通。

MOS管完(wan)全导通(tong)之后，输(shu)入(ru)电(dian)压(ya)(ya)不(bu)再经(jing)过(guo)米勒电(dian)容，又继(ji)续(xu)给Cgs充电(dian)直(zhi)到Vgs等于输(shu)入(ru)电(dian)压(ya)(ya)10V。

图中 Vgs输(shu)入电(dian)(dian)压(ya)(ya)保持不变(bian)即Qgd阶段，输(shu)入电(dian)(dian)压(ya)(ya)不给Cgs充电(dian)(dian)，而是(shi)给Cgd米(mi)勒(le)电(dian)(dian)容充电(dian)(dian)。这(zhei)(zhei)是(shi)MOS管(guan)固(gu)有的(de)转(zhuan)移特(te)性。这(zhei)(zhei)期间不变(bian)的(de)电(dian)(dian)压(ya)(ya)也叫平台电(dian)(dian)压(ya)(ya)。

此(ci)时，MOS管的(de)电(dian)流最大，电(dian)阻最大，根(gen)据P=I*I*R，此(ci)时管子消耗的(de)功(gong)率(lv)最大，发热最严重，所以尽可能让平台电(dian)压工作的(de)时间很短。

一(yi)般来(lai)说，耐压等级越(yue)高(gao)，MOS管(guan)的输入(ru)电(dian)容越(yue)大，反向传输电(dian)容Crss越(yue)小(xiao)，米(mi)勒效应(ying)也相应(ying)减(jian)小(xiao)。

MOS驱动的几个特别应用

1、低压(ya)应用

当(dang)使用5V电源(yuan)，这(zhei)时(shi)候如果使用传(chuan)统的图腾柱(zhu)结构(gou)，由于三极(ji)管(guan)的be有0.7V左右的压(ya)(ya)降，导致实际最终加在gate上(shang)的电压(ya)(ya)只有4.3V。这(zhei)时(shi)候，我们选用标称gate电压(ya)(ya)4.5V的MOS管(guan)就(jiu)存(cun)在一(yi)定的风险。同样的问(wen)题也发生在使用3V或者其他(ta)低压(ya)(ya)电源(yuan)的场合。

2、宽电压(ya)应用

输入电(dian)压并(bing)不是一个固定值，它会随着时间或者其他(ta)因(yin)素而变(bian)动(dong)(dong)。这个变(bian)动(dong)(dong)导致PWM电(dian)路提供给MOS管的(de)驱动(dong)(dong)电(dian)压是不稳(wen)定的(de)。

为了让MOS管在(zai)高gate电压(ya)下(xia)安(an)全，很多(duo)MOS管内置了稳压(ya)管强行限制gate电压(ya)的幅值(zhi)。在(zai)这种情(qing)况下(xia)，当提供的驱动电压(ya)超过(guo)稳压(ya)管的电压(ya)，就(jiu)会引起(qi)较大的静态功耗。

同时(shi)，如果简单的用电(dian)阻分(fen)压(ya)的原理降低(di)(di)gate电(dian)压(ya)，就会出现(xian)输(shu)入电(dian)压(ya)比较(jiao)高的时(shi)候(hou)，MOS管工作良好，而(er)输(shu)入电(dian)压(ya)降低(di)(di)的时(shi)候(hou)gate电(dian)压(ya)不足，引起(qi)导通不够彻底(di)，从而(er)增加功耗。

3、双电(dian)压应用

在一些控制电(dian)路中，逻辑部分(fen)使(shi)用典型的5V或者3.3V数字电(dian)压(ya)，而功率部分(fen)使(shi)用12V甚至更高的电(dian)压(ya)。两个电(dian)压(ya)采(cai)用共(gong)地(di)方式连接。这就提出一个要求，需要使用一个电路，让低压(ya)侧(ce)(ce)能够有效的控制高压(ya)侧(ce)(ce)的MOS管(guan)，同时高压(ya)侧(ce)(ce)的MOS管(guan)也同样会面对1和2中提到(dao)的问(wen)题。在(zai)这三种情况下，图腾柱结(jie)构(gou)无(wu)法满(man)足输出(chu)要(yao)求，而很多现(xian)成的MOS驱动IC，似乎也(ye)没有包含gate电(dian)压限制的结(jie)构(gou)。

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