MOSFET

关于MOSFET驱动电阻该如何选择？

由 cathy 提交于周五, 19 四月 2019 - 15:53

等效驱动电路：

L为PCB走线电感，根据他人经验其值为直走线1nH/mm，考虑其他走线因素，取L=Length+10（nH），其中Length单位取mm。

Rg为栅极驱动电阻，设驱动信号为12V峰值的方波。

Cgs为MOSFET栅源极电容，不同的管子及不同的驱动电压时会不一样，这儿取1nF。

Bernhard Strzalkowski博士 ADI公司

摘要

本文通过故意损坏IGBT/MOSFET功率开关来研究栅极驱动器隔离栅的耐受性能。

在高度可靠、高性能的应用中，如电动/混合动力汽车，隔离栅级驱动器需要确保隔离栅在所有情况下完好无损。随着Si-MOSFET/IGBT不断改进，以及对GaN和SiC工艺技术的引进，现代功率转换器/逆变器的功率密度不断提高。因此，需要高度集成、耐用的新型隔离式栅极驱动器。这些驱动器的电隔离装置体积小巧，可集成到驱动器芯片上。这种电隔离可以通过集成高压微变压器或电容器来实现。1, 2, 3 一次意外的系统故障均可导致功率开关甚至整个功率逆变器损坏和爆炸。因此，需要针对高功率密度逆变器研究如何安全实施栅级驱动器的隔离功能。必须测试和验证最坏情况下（功率开关被毁坏）隔离栅的可靠性......

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一、功率MOSFET的正向导通等效电路

1）等效电路：

2）说明：

功率 MOSFET 正向导通时可用一电阻等效，该电阻与温度有关，温度升高，该电阻变大；它还与门极驱动电压的大小有关，驱动电压升高，该电阻变小。详细的关系曲线可从制造商的手册中获得。

二、功率MOSFET的反向导通等效电路（1）

1）等效电路（门极不加控制）：

LLC的优势之一就是能够在比较宽的负载范围内实现原边MOSFET的零电压开通（ZVS），MOSFET的开通损耗理论上就降为零了。要保证LLC原边MOSFET的ZVS，需要满足以下三个基本条件：

1）上下开关管50%占空比，1800对称的驱动电压波形；

2）感性谐振腔并有足够的感性电流；

3）要有足够的死区时间维持ZVS。

图a)是典型的LLC串联谐振电路。图b)是感性负载下MOSFET的工作波形。由于感性负载下，电流相位上会超前电压，因此保证了MOSFET运行的ZVS。要保证MOSFET运行在感性区，谐振电感上的谐振电流必须足够大，以确保MOSFET源漏间等效的寄生电容上存储的电荷可以在死区时间内被完全释放干净。

在面向功率电子专业人士的网站上，如何导通 MOSFET 的话题可能不值一提，就好像在烹饪展上问如何把水烧开一样。毕竟这不应当是个大问题。与双极型器件不同，场效应晶体管是多数载流子器件（majority carrier device）。我们无需担心电流增益，定制基础电流以匹配 hfe 和可变集电极电流的极值，或者提供负压驱动。MOSFET 是电压驱动的，所以当把等于或大于阈值的电压施加到栅极时它们就会导通，是不是？这些假设有多么错误取决于何时发现错误。量产最后期限之前的时间通常只有几天。没有一例记载表明设计工程师在仿真期间发现了问题。

随着越来越多转换器采用数字控制，需要重新认识如何导通 MOSFET（或者在更基本层面，确定应当施加到栅极的最小电压）的问题。虽然数字控制可提供高一级的灵活性和功能性，但用于实现数字控制的 DSP、FPGA 和其他可编程器件在工作时使用的却是低电源电压。因此，有必要将最终 PWM 信号的电压提高到 MOSFET 栅极要求的水平。这时，由于对 MOSFET 导通的真正原因的错误认识，问题随之出现。许多数字设计工程师着眼于栅极阈值电压并得出结论：如同其数字逻辑一样，MOSFET 将在阈值被超过时立即改变状态。

LLC的优势之一就是能够在比较宽的负载范围内实现原边MOSFET的零电压开通(ZVS)，MOSFET的开通损耗理论上就降为零了。要保证LLC原边MOSFET的ZVS，需要满足以下三个基本条件：

1)上下开关管50%占空比，1800对称的驱动电压波形;

2)感性谐振腔并有足够的感性电流;

3)要有足够的死区时间维持ZVS。

1、SiC材料的物性和特征

SiC（碳化硅）是一种由Si（硅）和C（碳）构成的化合物半导体材料。SiC临界击穿场强是Si的10倍，带隙是Si的3倍，热导率是Si的3倍，所以被认为是一种超越Si极限的功率器件材料。SiC中存在各种多种晶型，它们的物性值也各不相同。其中，4H-SiC最合适用于功率器件制作。另外，SiC是唯一能够热氧化形成SiO2的化合物半导体，所以适合制备MOS型功率器件。

2、功率器件的特征