MOSFET栅极驱动电路

MOSFET 作为电子电路中广泛应用的电压型控制器件，凭借其卓越的性能特性在诸多领域占据重要地位。它不仅具备开关速度快、高频工作性能优异的特点，还拥有输入阻抗高、运行噪声小、所需驱动功率低的优势，同时具备较宽的动态范围和安全工作区域（SOA）。

值得注意的是，在 MOSFET 的整体结构中，栅极是相对薄弱的环节。这一部位对电路设计的合理性有着较高要求，若在设计过程中未能充分考虑栅极的电气特性与保护需求，比如驱动电路参数配置不当、过压保护措施缺失等，很容易导致栅极损坏，进而引发整个 MOSFET 器件失效，严重时甚至会波及整个电子系统，造成系统瘫痪。因此，在设计 MOSFET 的电路设计中，栅极的保护与优化设计尤为关键。

 

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。

以上是常见的栅极电路的作用。也欢迎大家把自己想到的也补充进来，大家一起讨论。

 

首先说一下电源IC直接驱动，下图是我们最常用的直接驱动方式，在这类方式中，我们由于驱动电路未做过多处理，因此我们进行PCB LAYOUT时要尽量进行优化。如缩短IC至MOSFET的栅极走线长度，增加走线宽度，尽量将Ra放置在离MOSFET栅极较近的位置，从而达到减少寄生电感，消除噪音的目的。

 

直接驱动

首先说一下电源IC直接驱动，下图是我们最常用的直接驱动方式，在这类方式中，我们由于驱动电路未做过多处理，因此我们进行PCB LAYOUT时要尽量进行优化。如缩短IC至MOSFET的栅极走线长度，增加走线宽度，尽量将Ra放置在离MOSFET栅极较近的位置从而达到减少寄生电感，消除噪音的目的。

 

当然另一个问题我们得考虑，那就是PWM CONTROLLER的驱动能力，当MOSFET较大时，IC驱动能力较小时，会出现驱动过慢，开关损耗过大甚至不能驱动的问题，这点我们在设计时需要注意。

 

推挽驱动

当电源IC驱动能力不足时，可用推挽驱动（图腾柱）。

这种驱动电路好处是提升驱动电流，迅速完成对于栅极输入电容电荷的充电过程。

这种提升驱动能力的方式，既能够延长导通时间，又可以加快关断速度，同时对控制毛刺和功率损耗也有一定成效。当然，在进行LAYOUT时，我们要尽可能将这两个管子放在离MOSFET栅极较近的地方。这样做的额外好处是能减少寄生电感，增强电路的抗干扰能力。

 

增加MOSFET的关断速度

如果我们单单要增加MOSFET的关断速度，那么我们可以采用下面的方式来进行

关断电流比较大时，能使MOSFET输入电容放电速度更快，从而降低关断损耗。大的放电电流可以通过选择低输出阻抗的MOSFET或N沟道的负的截止的电压器件来实现，最常用的就是加加速二极管。

栅极关断时，电流在电阻上产生的压降大于二极管导通压降时，这时二极管会导通，从而将电阻进行旁路，导通后，随着电流的减小，二极管在电路中的作用越来越小，该电路作用会显著的减小MOSFET关断的延迟时间，

当然这个电路有一定的缺点，那就是栅极的电流仍然需要流过IC内部的输出驱动阻抗，这有什么办法解决呢?

 

PNP加速关断驱动电路

PNP加速关断电路是目前应用最为广泛的电路，在加速三极管的作用下，能够实现栅源瞬间短路，进而获得最短的放电时间。之所以要加入二极管，一方面是为了保护三极管基极，另一方面是为导通电流提供回路和偏置。该电路的优点是可以近似达到推拉效果，加速作用显著；缺点则是由于栅极要经过两个PN结，无法使栅极真正达到0伏。

 

满足隔离要求的驱动

变压器驱动常用于满足安全隔离要求，或是为高端浮动栅极提供驱动。该驱动方式可实现驱动控制与 MOSFET 的隔离，适用于低压及高压电路，具体可见下图。

变压器驱动，说白了就是隔离驱动。如今虽已有专门的驱动IC能够解决相关问题，不过，由于变压器驱动自身存在独特的特点，所以仍有不少人坚持使用它。图中的C1用于隔直流，避免磁芯饱和。若没有该电容，就会发生磁饱和；而与电容串联的电阻R1，其作用是防止因占空比突然变化而产生LC震荡，通过加入这个电阻可以起到缓解作用。