大电流mosfet的门极驱动峰值电流的计算方法

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大电流mosfet的使用广泛,它们的导通电阻低,电流能力较大,适合在各种开关电源中应用,在具体的器件驱动电路设计中,需要注意其门极电容较大,适合的门极驱动器需要有足够的电流,去将门极电容充电,从而使电压达到Vth,进而在系统允许的时间内去完全导通。

在门极驱动电路设计中,需要注意一些典型的错误,例如,不能混淆门即输入电容CISS和门极等效电容CEI之间的差异,不能简单的通过CISS和电容的基本公式来计算门极驱动电流,如图1所示。

图1 电容充电基本公式

一般来说,mosfet实际的门极等效电容CEI会比CISS大一些,这个数值需要从mosfet厂家给出的门极总电荷QG中得到,它也和mosfet门极驱动电压有关。

图2 门级总电荷的分解

这里我们先解释一下QG的概念,进而说明一下QGS,QGD,QOD的实际意义。

图3 mosfet的门级电荷特性

3是典型的mosfet的门极电荷变化特性,其中在曲线上我们可以看到,mosfet从完全不导通到充电到米勒平台,这阶段需要的门极电荷是QGS,经过米勒平台需要的门极电荷是QGD,米勒电容到最终完全导通需要的门级电荷是QOD,这三部分门级电荷之和就是门极总电荷QG,我们会从mosfet厂家规格书中得到这些数据。

从这里我们得到计算门极驱动电流的方法。首先,为了让mosfet导通彻底,所以会选择适合的门极驱动电压,这个电压会远高于Vth。其次,考虑到门极驱动电压确定之后,可以根据门极总电荷得到门极等效充电电容CEI,二者关系是总电荷除以给定的VGS就是等效电容CEI.最后,计算门极驱动电流的方法就是根据总门极电荷除以需要的门极电压转换时间,就得到需要的门极驱动峰值电流值。

图4 门级驱动电流计算方法

这里图4给出了计算驱动电流的公式,只要知道转换时间,以及门极驱动总电荷,就可以得到需要的驱动电流,这里我们需要注意门极等效电荷CEI是和门极驱动电压VGS相关。

门极驱动电流计算虽然简单,但是真正理解它的计算过程,是需要搞清楚一些基本概念的,上述分析可以作为一个基本的知识基础。

参考文献:AN786 Driving Power MOSFETs in High-Current, Switch Mode Regulators

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