近期做项目要设计一个半桥驱动,对于驱动电阻的选取通常只靠经验去选取,并没有深入探究过取值的具体大小和限制原因,本文将近期设计时的分析内容整理了一下,以供参考。

MOSFET驱动等效电路

1 驱动回路寄生电感LG

驱动回路的寄生电感主要因绘制PCB过程中布线方式造成的,主要包含走线电感和过孔电感,其计算公式为(铜厚1oz)

其中,W为走线宽度,l为走线长度,h为距离下一层铜皮的距离,t为铜皮厚度,单位均为cm。h为过孔深度,d为过孔直径,单位均为mm。

由上式可见,对寄生电感影响较小的是走线宽度和过孔直径,而影响较大的参数是走线长度和过孔深度。因此在绘制PCB时,应尽可能保证从驱动芯片到MOSFET的走线距离尽可能的短,避免打过多的过孔。

注:按照上式计算,10mil线宽的走线电感为0.74 nH/mm

他人经验取值为直走线1nH/mm,并考虑其他走线因素,取走线长度(mm)+10nH

2 栅极下拉电阻RGS

栅极下拉电阻RGS的作用仅为确保无驱动信号时MOSFET可靠关断,其阻值通常为10k以上,因为该电阻较大,在分析瞬态响应时几乎构不成影响,因此在后面的分析中均可忽略此电阻。

3 开通电阻Ron

开通电阻Ron计算原则为此电阻能在驱动回路中提供足够的阻尼,避免MOSFET开通瞬间电流的振荡。

驱动MOS导通时,VDD通过驱动电阻向CGS充电。

Laplace变换得到

写成二阶系统标准形式

求得阻尼系数为:

为避免开通瞬间驱动电流振荡,电路应该在过阻尼状态,因此RON的取值应满足

其中RG、CGS均为MOSFET寄生参数,可在数据手册中找到此参数。

还需注意的是,驱动芯片的电流输出能力有限,开通电阻Ron还需满足以下条件以确保驱动芯片的输出电流不超过其最大拉电流。

其中VDD为驱动输出电压,Ipeak_source为驱动芯片的最大拉电流。

注:在layout时,考虑到走线分布电容的影响,这个电阻要尽量靠近MOSFET的栅极。

4 关断电阻Roff

MOSFET关断时为了保证栅极电荷快速泻放,此时关断电阻Roff阻值要尽量小。此时此电阻取值的唯一限制取决于驱动芯片,即最大泄放电流不能超过驱动芯片的最大灌电流,因此关断电阻Roff取值应满足

其中,Ipeak_sink为驱动芯片的最大峰值灌电流。


To capture the forces of nature.