最新栅极驱动电路设计
MOS管栅极驱动电阻如何设计？
MOS 管栅极驱动电阻如何设计？
MOS 管的驱动对其工作效果起着决定性的作用。
设计师既要考虑减少开关损耗，又要求驱动波形较好即振荡小、过冲小、EMI 小。
这两方面往往是互相矛盾的，需要寻求一个平衡点，即驱动电路的优化设计。
驱动电路的优化设计包含两部分内容：一是最优的驱动电流、电压的波形；二是最优的驱动电压、电流的大小。
在进行驱动电路优化设计之前，必须先清楚MOS 管的模型、MOS 管的开关过程、MOS 管的栅极电荷以及MOS 管的输入输出电容、跨接电容、等效电容等参数对驱动的影响。
1.MOS 管的模型
MOS 管的等效电路模型及寄生参数如图1 所示。
图1 中各部分的物理意义为：
（1）LG 和LG 代表封装端到实际的栅极线路的电感和电阻。
（2）C1 代表从栅极到源端N+间的电容，它的值是由结构所固定的。
（3）C2+C4 代表从栅极到源极P 区间的电容。
C2 是电介质电容，共值是固定的。
而C4 是由源极到漏极的耗尽区的大小决定，并随栅极电压的大小而改变。
当栅极电压从0 升到开启电压UGS（th）时，C4 使整个栅源电容增加10%～15%。
（4）C3+C5 是由一个固定大小的电介质电容和一个可变电容构成，当漏极电压改变极性时，其可变电容值变得相当大。
（5）C6 是随漏极电压变换的漏源电容。
MOS 管输入电容（Ciss）、跨接电容（Crss）、输出电容（Coss）和栅源电容、栅漏电容、漏源电容间的关系如下：。
mos管驱动电路的栅极驱动电阻、下拉电阻的计算过程
mos管驱动电路的栅极驱动电阻、下拉电阻的计算过程MOS管是非常常见的一种电子器件，它的主要功能是调控电流流动和控制电路的开关。
在实际应用中，为了保证MOS管的正常工作，我们需要设计合适的驱动电路来提供给MOS 管所需要的驱动电压。
栅极驱动电阻和下拉电阻是驱动电路中两个重要的参数。
栅极驱动电阻用于限制栅极和驱动电源之间的电流，以防止过大的电流损坏MOS管。
下拉电阻用于将栅极电压稳定地拉低到合适的电平，使MOS管能够正常工作。
首先，我们需要了解MOS管的基本工作原理。
MOS管由N型和P型的材料组成，其中N型材料为导电性能较好的材料，P型材料为导电性能较差的材料。
栅极电压可以控制MOS管的导通和截止状态。
一般来说，当栅极电压高于一定阈值电压(通常为0.5-1V)时，MOS管会导通；当栅极电压低于阈值电压时，MOS管会截止。
接下来，我们来计算栅极驱动电阻。
栅极驱动电阻的主要作用是限制栅极和驱动电源之间的电流，以避免电流过大损坏MOS管。
栅极驱动电阻的计算需要考虑两个方面：一是栅极电流所经过的电阻，二是驱动电源内部的电阻。
首先，栅极电流所经过的电阻可以近似看作是栅极驱动电路上的串联电阻。
我们可以通过分析电路中的电流和电压关系来计算电阻值。
假设栅极电压为Vgs，驱动电路的电源电压为Vdd，栅极驱动电阻为Rgs，那么通过栅极驱动电路的电流可以表示为Igs=(Vdd-Vgs)/Rgs。
我们可以通过该电流和已知的栅极驱动电压来计算栅极驱动电阻的大小。
此外，驱动电源内部的电阻也会对栅极驱动电路产生影响。
这个电阻可以通过测量电源电压和栅极电压的差值以及电路中的电流来计算得出。
接下来，我们来计算下拉电阻。
下拉电阻的作用是将栅极电压稳定地拉低到合适的电平，以保证MOS管的正常工作。
下拉电阻的计算可以通过考虑栅极电流和电源电压之间的关系得到。
一般来说，下拉电阻的大小可以通过公式Rpull=Vdd/Igspull得到，其中Vdd是驱动电源的电压，Igspull是下拉电流。
上下管栅极的驱动
上下管栅极的驱动摘要：一、栅极驱动器的作用及工作原理二、MOS 管栅极驱动的问题三、MOS 管栅极驱动电路四、上下管栅极的驱动正文：一、栅极驱动器的作用及工作原理栅极驱动器是一种用于控制MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）开关状态的电子元件。
在电路中，栅极驱动器的输出电压可以使开关管导通并运行于开关状态下。
这种通过高压稳压器自给电，从而为开关管提供所需的驱动电压。
栅极驱动器在电路中的作用至关重要，它不仅可以控制开关管的开关速度，还能保证电路的稳定性和可靠性。
二、MOS 管栅极驱动的问题在MOS 管栅极驱动电路中，可能会遇到一些问题，如射极电压上升导致Vbe（基极- 发射极电压）的变化，这可能会影响电路的性能。
为了解决这个问题，需要对驱动电路进行优化和调整。
三、MOS 管栅极驱动电路MOS 管栅极驱动电路有多种实现方式，其中最常见的是直接驱动方式。
在这种方式中，驱动电路未做过多处理，因此需要在PCB（印刷电路板）布局时进行优化。
例如，缩短IC（集成电路）至MOSFET 的栅极走线长度、增加走线宽度、将RG（电阻）放置在离MOSFET 栅极较近的位置等，以减少寄生电感和噪音。
四、上下管栅极的驱动上下管栅极驱动是指在电路中，通过不同的驱动方式分别控制两个MOS 管的栅极。
这种方式可以实现对电路中两个开关管的独立控制，从而提高电路的灵活性和可控性。
在实际应用中，根据电路的需求和性能要求，可以选择合适的栅极驱动方式来实现上下管栅极的驱动。
总之，栅极驱动器在电路中起着关键作用，它可以控制MOSFET 的开关状态，影响电路的性能和稳定性。
IGBT的栅极驱动电路
3.2.1 对IGBT栅极驱动电路的要求
IGBT的栅极驱动条件密切地关系到它的静 态和动态特性。
栅极电路的正偏压VGE、负偏压-VGE和栅极 电阻RG的大小，对IGBT的通态压降、开关 时间、开关损耗、承受短路能力以及dV/dt 电流等参数有不同程度的影响。
1
栅极驱动条件与器件特性的关系
故障检测电路动作时，经开关 S2向故障信号输出电路及导通保 持电路发出动作信号。 导通保持电路的作用是实现所谓的“软关断” 。 软关断的好处是可延长IGBT承受短路的时间，同时能有效地抑 制C、E端的关断尖峰电压，避免器件因过电压而击穿。 逻辑电路的作用是保证只有在输出正向偏压期间，故障检测电 路才起作用，其余时间不起作用。
在半桥工作模式下 ,驱动模块本身可以直接产生所 需要的死区时间 ,使驱动的两路输出信号不会同时 为高电平。
2）可选择的控制逻辑电平 2SD315A 驱动模块采用 15V 单电源供电,输入控制
信号 InA 与 InB 可以分别采用TTL 电平与 +15V 电 平两种模式工作。
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3. 2SD315A的特点
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此段时间以后，如过电流故障仍然存在，在输入封锁信 号作用下，光耦合器 OC1 中的晶体管截止，使T1导通， 立即在IGBT栅极上形成负偏电压而关断器件，同时T6导 通，故障检测电路不起作用。
T6起着一个逻辑电路的作用，即只在驱动器输出正向电 压时才开放过电流检测电路，其他情况下均使其无效， 这样才能可靠地防止“假过电流”。
当IGBT正常开通时，DWห้องสมุดไป่ตู้ 不会被击穿，T3不导通 。
16
②关 断过 程。
开通信号取消后，光电耦合器OC1截止，A点电位上升，使T1 和T2导通，而T2的导通又使T4截止、T5导通，IGBT的栅极电 荷通过T5迅速放电，EXB841引脚3的电位迅速下降至0 V，使 IGBT可靠关断 。
供高电压栅极驱动器IC使用的自举电路的设计和使用准则
图 12. 情况 2 的 VB 和 VS 波形 VB=VBS+VS<0导致寄生二极管DBCOM导通VB被箝位在0V 一 种 实 用 的 电 路 可 能 处 在 以 上 两 种 极 限 之 间，结 果 是 VBS 电压稍微增大，和 VB 稍低于 VDD，如图 13 所示。
VB
VS
VB 䖥 COM VBS ࡴ
LS2
GND
- VS
D1
iLOAD iFree
V COUT
OUT
图 5. 降压转换器 图 6 描述了高端 N 沟道 MOSFET 关断期间的电压波形。
图 3. 半桥式应用电路
HIN
t
VS -COM
-VS
t
㓁⌕
图 4. 关断期间的 VS 波形
A⚍
VBS
B⚍ C⚍ VGS=B-C П䯈
VDC+VGSˈᆚࢦ VDC
㛝ކথ⫳఼
IN
䌃䗮⬉⌕㸹ٓᷙᵕ偅ࡼ఼
VB
UVLO
HO
RR
ాໄ⍜䰸఼
S
Q
VS
图 1. 高端驱动集成电路的电平转换器
2.2 自举式驱动电路工作原理
自举式电路在高电压栅极驱动电路中是很有用的，其工
作原理如下。当 VS 降低到 IC 电源电压 VDD 或下拉至地 时 （低端开关导通，高端开关关断），电源 VDD 通过自 举电阻， RBOOT，和自举二极管， DBOOT，对自举电容 CBOOT，进行充电，如图 2 所示。当 VS 被高端开关上拉 到一个较高电压时，由 VBS 对该自举电容充电，此时， VBS 电源浮动，自举二极管处于反向偏置，轨电压 （低 端开关关断，高端开关导通）和 IC 电源电压 VDD，被隔 离开。
MOSFET栅极应用电路分析汇总（驱动、加速、保护、自举等等）
MOSFET栅极应用电路分析汇总（驱动、加速、保护、自举等等）我们学电源电源看这里电源界第一大公众平台28000 电源工程师关注【新朋友】点击标题下面蓝字“电源研发精英圈”快速关注【老朋友】点击右上角按钮，将本文分享到您的朋友圈电源研发精英圈技术交流群（新）：539681241开关电源视频教程购买请加小编微信号：gcj5055查看电源工程师各地工资水平，请关注本公众号然后回复：工资投稿挣红包【最新通知】电源企业怎么快速招到电源工程师？各地招聘电源工程师（点击下面蓝色标题可直接查看）【深圳】招聘电源研发经理/工程师/电源PIE【广东河源】招聘电源工程师/助理工程师/layout工程师【北京】招聘电源工程师/项目负责人/电力电子软件工程师【浙江宁波】招聘总工程师/电源工程师/维修工程师/PE/销售/市场/品质/生产计划【东莞2】招聘电源工程师【广州2】招聘电源工程师/DSP工程师/ARM网络控制技术人员【佛山】招聘开关电源工程师/助理工程师【广州】招聘电源研发工程师【东莞1】招聘电源工程师/电子工程师/助理工程师MOSFET栅极应用电路汇总MOSFET是一种常见的电压型控制器件，具有开关速度快、高频性能、输入阻抗高、噪声小、驱动功率小、动态范围大、安全工作区域(SOA)宽等一系列的优点，因此被广泛的应用于开关电源、电机控制、电动工具等各行各业。
栅极做为MOSFET本身较薄弱的环节，如果电路设计不当，容易造成器件甚至系统的失效，因此发这篇文章将栅极常见的电路整理出来供大家参考讨论，也欢迎大家提出自己的观点。
MOSFET栅极电路常见的作用有以下几点。
1:去除电路耦合进去的噪音，提高系统的可靠性。
2：加速MOSFET的导通，降低导通损耗。
3：加速MOSFET的关断，降低关断损耗。
4：降低MOSFET DI/DT，保护MOSFET 同时抑制EMI干扰。
5：保护栅极，防止异常高压条件下栅极击穿。
6：增加驱动能力，在较小的信号下，可以驱动MOSFET。
IGBT驱动电路设计
IGBT驱动电路设计————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：一种IGBT驱动电路的设计IGBT的概念是20世纪80年代初期提出的。
IGBT具有复杂的集成结构，它的工作频率可以远高于双极晶体管。
IGBT已经成为功率半导体器件的主流。
在10～100 kHz的中高压大电流的范围内得到广泛应用。
IGBT进一步简化了功率器件的驱动电路和减小驱动功率。
1 IGBT的工作特性。
IGBT的开通和关断是由栅极电压来控制的。
当栅极施以正电压时，MOSFET内形成沟道，并为PNP晶体管提供基极电流，从而使IGBT导通。
此时从N+区注入到N-区的空穴（少子）对N-区进行电导调制，减小Ⅳ区的电阻R dr ，使阻断电压高的IGBT也具有低的通态压降。
当栅极上施以负电压时。
MOSFET内的沟道消失，PNP晶体管的基极电流被切断，IGBT即被关断。
在IGBT导通之后。
若将栅极电压突然降至零，则沟道消失，通过沟道的电子电流为零，使集电极电流有所下降，但由于N-区中注入了大量的电子和空穴对，因而集电极电流不会马上为零，而出现一个拖尾时间。
2 驱动电路的设计2.1 IGBT器件型号选择1）IGBT承受的正反向峰值电压考虑到2-2.5倍的安全系数，可选IGBT的电压为1 200 V。
2）IGBT导通时承受的峰值电流。
额定电流按380 V供电电压、额定功率30 kVA容量算。
选用的IGBT型号为SEMIKRON公司的SKM400GA128D。
2.2 IGBT驱动电路的设计要求对于大功率IGBT，选择驱动电路基于以下的参数要求：器件关断偏置、门极电荷、耐固性和电源情况等。
门极电路的正偏压VGE负偏压-VGE和门极电阻RG的大小，对IGBT的通态压降、开关时间、开关损耗、承受短路能力以及dv／dt电流等参数有不同程度的影响。
门极驱动条件与器件特性的关系见表1。
IGBT驱动电路设计
IBGT驱动电路设计我们设计了一种基于光耦HCPL-316J的IGBT驱动电路。
实验证明该电路具有良好的驱动及保护能力。
下面是此IBGT驱动电路的原理分析：绝缘门极双极型晶体管(Isolated Gate Bipolar Transistor简称IGBT)是复合了功率场效应管和电力晶体管的优点而产生的一种新型复合器件，具有输入阻抗高、工作速度快、热稳定性好驱动电路简单、通态电压低、耐压高和承受电流大等优点，因此现今应用相当广泛。
但是IGBT 良好特性的发挥往往因其栅极驱动电路设计上的不合理，制约着IGBT的推广及应用。
因此本文分析了IGBT对其栅极驱动电路的要求，设计一种可靠，稳定的IGBT驱动电路。
IGBT驱动电路特性及可靠性分析门极驱动条件IGBT的门极驱动条件密切地关系到他的静态和动态特性。
门极电路的正偏压uGS、负偏压-uGS和门极电阻RG的大小，对IGBT的通态电压、开关、开关损耗、承受短路能力及du/dt电流等参数有不同程度的影响。
其中门极正电压uGS的变化对IGBT的开通特性，负载短路能力和duGS/dt电流有较大的影响，而门极负偏压对关断特性的影响较大。
同时，门极电路设计中也必须注意开通特性，负载短路能力和由duGS/dt电流引起的误触发等问题。
根据上述分析，对IGBT驱动电路提出以下要求和条件：(1)由于是容性输出输出阻抗；因此IBGT对门极电荷集聚很敏感，驱动电路必须可靠，要保证有一条低阻抗的放电回路。
(2)用低内阻的驱动源对门极电容充放电，以保证门及控制电压uGS有足够陡峭的前、后沿，使IGBT的开关损耗尽量小。
另外，IGBT开通后，门极驱动源应提供足够的功率，使IGBT不至退出饱和而损坏。
(3)门极电路中的正偏压应为+12～+15V；负偏压应为-2V～-10V。
(4)IGBT 驱动电路中的电阻RG对工作性能有较大的影响，RG较大，有利于抑制IGBT 的电流上升率及电压上升率，但会增加IGBT 的开关时间和开关损耗；RG较小，会引起电流上升率增大，使IGBT 误导通或损坏。
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单端变压器耦合MOS管驱动电路
隔直电容必须在源边电路，起到的作用是提供重启电压，如果没有该电容，变压器的磁化电
压和占空比相关，变压器磁性可能饱和。
双端变压器耦合MOS管驱动电路
今天在研究全桥电路，资料和书上谈到的，大多数基于理想的驱动器（立即充电完成）。这里
花一些篇幅把MOS管驱动的来龙去脉搞搞清楚。
预计要分几个篇幅：
1.MOS管驱动基础和时间功耗计算
2.MOS管驱动直连驱动电路分析和应用
3.MOS管驱动变压器隔离电路分析和应用
4.MOS管网上搜集到的电路学习和分析
今天主要分析MOS管驱动变压器隔离电路分析和应用和MOS管驱动基础和时间功耗计算。
参考材料：
《Design And Application Guide For High Speed MOSFET Gate Drive Circuits》是一份
很好的材料
《MOSFET 驱动器与MOSFET 的匹配设计》也可以借鉴。
首先谈一下变压器隔离的MOS管驱动器：
如果驱动高压MOS管，我们需要采用变压器驱动的方式和集成的高边开关。
这两个解决方案都有自己的优点和缺点，适合不同的应用。
集成高边驱动器方案很方便，优点是电路板面积较小，缺点是有很大的导通和关断延迟。
变压器耦合解决方案的优点是延迟非常低，可以在很高的压差下工作。常它需要更多，缺点
是需要很多的元件并且对变压器的运行有比较深入的认识。
变压器常见问题和与MOS管驱动相关的问题：
变压器有两个绕组，初级绕组和次级绕组实现了隔离，初级和次级的匝数比变化实现了电压
缩放，对于我们的设计一般不太需要调整电压，隔离却是我们最注重的。
理想情况下，变压器是不储存能量的（反激“变压器”其实是耦合电感）。不过实际上变压器
还是储存了少量能量在线圈和磁芯的气隙形成的磁场区域，这种能量表现为漏感和磁化电感。
对于功率变压器来说，减少漏感可以减少能量损耗，以提高效率。MOS管驱动器变压器的平
均功率很小，但是在开通和关闭的时候传递了很高的电流，为了减少延迟保持漏感较低仍然
是必须的。
法拉第定律规定，变压器绕组的平均功率必须为零。即使是很小的直流分量可能会剩磁，最
终导致磁芯饱和。这条规则对于单端信号控制的变压器耦合电路的设计有着重大影响。
磁芯饱和限制了我们绕组的伏秒数。我们设计变压器必须考虑最坏情况和瞬时的最大的伏秒
数。（在运行状态下，最坏情况和瞬时的，最大占空比和最大电压输入同时发生的情况），唯
一我们确定的是变压器有一个稳定的电源电压。
对于单端应用的功率变压器来说，很大一部分开关周期需要保留来保证磁芯的正确复位（正
激变换器）。复位时间大小限制电路运行的占空比。不过由于采用交流耦合实现了双向磁化，
即使对于单端MOS管驱动变压器也不是问题。
单端变压器耦合MOS管驱动电路
隔直电容必须在源边电路，起到的作用是提供重启电压，如果没有该电容，变压器的磁化电
压和占空比相关，变压器磁性可能饱和。