一、MOS 驅動電流的計算方法
MOS 管在開關時,驅動電路主要是給柵極充放電。柵極電流 不是用來維持電流,而是用來克服電容的充放電需求,尤其是總柵極電荷 Qg。
驅動電流估算公式如下:
I_drive = Qg × f_sw(Qg:總柵極電荷(單位:nC)——數據手冊中可查??f_sw:開關頻率)
假設一個MOS管的數據手冊上寫著:
Qg = 50nC(在 Vgs = 10V 條件下)? ?;? ? ? f_sw = 900kHz
則所需的平均驅動電流為:? ?I_drive = 50nC × 900kHz = 45mA
但這只是平均電流,實際上是脈沖電流。因為MOS管開關時電流是突發性的。
更嚴謹的設計,會參考峰值柵極電流:? ??I_peak = C_iss × (dV/dt)
或者直接從驅動時間考慮:? ??I_drive = Qg / t_rise
比如希望 50nC 的柵極電荷在 50ns 內完成:I_drive = 50nC / 50ns = 1A
所以你會看到很多驅動芯片能提供 1~4A 峰值電流,就是為了在幾十納秒內快速推動Qg。
二、驅動電流太小 or 太大的影響
驅動電流 | 影響 |
---|---|
太小 | 柵極充放電慢,導致MOS在“線性區”停留時間變長,開關損耗大,器件發熱大,效率低,甚至燒毀 |
太大 | 可能產生過沖、振鈴嚴重,PCB布線電感影響大,EMI增加,柵極易被擊穿,驅動芯片超載 |
所以:驅動電流不是越大越好,而是需要合適匹配Qg 和開關速度,還要考慮電路的阻尼和EMI設計。
三、如何在數據手冊上查找相關信息
打開MOS管的數據手冊,重點看以下幾個參數:
參數名 | 意義 |
---|---|
Qg (Total Gate Charge) | MOS完全導通所需的電荷(nC) |
Qgs / Qgd | 柵源、柵漏之間的電荷,對開關速度影響大 |
C_iss / C_gs | 輸入電容,和Qg有關 |
Vgs(th) | 柵源閾值電壓 |
Rds(on) | 導通電阻,不直接影響驅動但影響發熱 |
總結一句話:
驅動電流 = Qg / t_sw 或 Qg × f_sw
既要足夠大保證快速開關,避免損耗;也要不過大避免震蕩和EMI,適配驅動芯片輸出能力
一款4A的灌電流的柵極驅動芯片:
3.7A 輸出拉電流、4.5A 輸出灌電流
低寄生電容的MOS:
MOS的導通特性:(畫一下MOSFET的開關過程)
MOS的導通受到寄生電容的影響。