MOS管的柵極開通驅動電阻

在驅動MOS管時，我們希望給到MOS管柵極是標準的電壓方波波形，但是在實際情況下，我們在測得的Ugs波形往往是帶有振蕩的。這種振蕩波形會在電路線路上產生額外的噪聲干擾，還造成不必要的功率損耗。

振蕩波形形成機理

結合上圖來說一下，為了向MOS管柵極提供足夠的驅動電流，一般需要使用推挽電路來放大電流，如圖中三極管Q1和Q2。在驅動信號為高電平時，+12V經三極管Q1向MOS管柵極提供電流。在實際物理世界中，凡是有線路的地方，就必然存在感抗和電阻，如線路中等效電感L1和等效電阻R1。由于MOS管GD兩極之間、GS兩極之間存在寄生電容，在此處等效為電容C1。L1和C1形成了諧振振蕩電路，由于等效電阻R1極小，起不到阻尼作用，能量在等效電感L1和等效電容C1之間來回傳遞，所以在驅動脈沖的上升沿形成振蕩波形。下降沿振蕩波形形成機理類似。所以為了抑制驅動脈沖上下沿振蕩波形，通常人為地在MOS管的柵極串聯增加驅動電阻。在PCB走線時，這個柵極驅動電阻建議盡量靠近MOS管柵極。

當驅動脈沖為高電平，柵極驅動電阻取值越大，意味著+12V向MOS管柵極C1的充電電流越小，在驅動脈沖波形上表現為上升沿緩慢。若柵極驅動電阻過大，則MOS管開通過程時間太長（MOS管處于放大區的時間），相應的開關損耗就會比較大。

插一句話，為了減少驅動脈沖波形的振蕩，減小驅動線路的寄生電感值，在設計PCB時應該使得柵極的連接走線盡量短，盡量不彎折。

總結一下上面的內容：

如果柵極開通驅動電阻太?。ㄕ袷幭到y處于欠阻尼狀態），起不到抑制振蕩的作用。

如果柵極開通驅動電阻太大（振蕩系統過阻尼狀態），則MOS管開通時間太長，則開關損耗太大。

最理想的狀態是臨界阻尼狀態，柵極驅動電阻剛好可以抑制振蕩，而不引起MOS管開通時間加長。

柵極開通驅動電阻取值方法

柵極驅動電阻阻值怎么取值比較合適？

一種方法是，柵極驅動電阻阻值（此阻值已經包含柵極外部電阻及內部電阻）取值是1~2倍的柵極線路雜散電感感抗，其中1倍對應欠阻尼狀態，2倍對應臨界阻尼狀態。通過開關頻率和柵極線路的長度、前級推挽電路（Q1和Q2）去評估雜散電感感抗，然后初步確定柵極電阻阻值?？梢娺@種方法需要一定工程經驗，而且實現的方式有點曲折。

另外一種方法是，外部柵極驅動電阻建議取值在0Ω50Ω之間。如果MOS管內部的柵極驅動電阻足夠大，驅動波形沒有振蕩，那么外部柵極電阻取值可以是0Ω。根據MOS管數據手冊開關特性參數的測試條件中提供的Rg(ext)，初步定一個阻值Rg‘(ext)，取值為Rg‘(ext)=12倍Rg(ext)。這個方法的思路是借鑒MOS管供應商的測試數據，MOS管提供的Rg(ext)是比較合理的，否則他們測試的開關特性參數就沒有參考意義了。

然后根據柵極驅動電壓脈沖的實際測試波形對柵極驅動電阻值，再進行微調，使得波形趨近于上升沿陡峭的沒有振蕩的方波（如果考慮EMI，柵極驅動電阻會適當加大一點）。

那么，怎樣才算得上是陡峭的方波呢？在開關電源應用中，當驅動電壓的上升時間Tr不超過整個開關周期T的1%（或者按照上升時間Tr不超過開通時間Ton的1/20），我們認為驅動電壓方波上升沿是陡峭的。

柵極開通驅動電阻功率

然后還需要計算所選電阻使用的功率，以便選擇相應的電阻類型和封裝。

需要注意的是MOS管的寄生電容受實際應用溫度和電壓影響而動態變化，而MOS管數據手冊中標注的電容數值通常實在特定的靜態測試條件下得到的靜態數值，實際上動態的輸入電容C1容值比靜態電容容值要大得多。受MOS管米勒效應影響，MOS管的動態輸入電容容量變化，不易計算，所以在實際應用中，往往關注的是MOS管整體特性，使用MOS管數據手冊中Qg（Total Gate Charge）柵極驅動充電總電荷量來計算最小的驅動功率需求、驅動電流需求。數據手冊如果提供的是柵極驅動電壓從0V上升到+12V測試條件下得到的Qg，實際應用條件如柵極驅動電壓從0V上升到+10V，則實際柵極驅動充電總電荷Qg'=Qg×10/12。

則流過柵極驅動電阻的平均電流為Iavg=fsw×Qg'，其中fsw是柵極驅動電壓脈沖頻率，Qg是柵極驅動充電電荷，通過平均電流便可以計算驅動電阻所需的最小額定功率需求，按照至少2倍的額定功率余量去選擇對應的電阻類型和封裝。

則流過柵極驅動電阻的峰值電流為Imax=0.74×△U/(Rg’(ext)+Rg(int)+Rdv)，其中△U是驅動電壓變化值（驅動電壓峰峰值），如柵極驅動電壓在0V~+10V，則△U=10V。其中Rg‘(ext)是MOS管外部柵極驅動電阻，Rg(int)是MOS管內部柵極驅動電阻（可以在MOS管數據手冊中找到），Rdv是柵極驅動器推挽電路導通電阻，通過峰值電流便可以計算驅動電阻的峰值功率需求，結合驅動脈沖的上升時間，核對電阻的脈沖負載曲線，評估電阻選型是否合適。