與任何設計決策一樣，在為您設計中的 MOSFET 選擇 合適的 MOSFET 驅動器時，需要考慮幾個變量。需要 考慮的參數至少需要包括輸入至輸出的傳輸時延、靜態 電流、抗閉鎖和電流驅動能力。驅動器的功率消耗也影 響著封裝的決定和驅動器的選擇。 本應用筆記將詳細討論與 MOSFET 柵極電荷和工作頻 率相關的 MOSFET 驅動器功耗。還將討論如何根據MOSFET 所需的導通和截止時間將 MOSFET 驅動器的 電流驅動能力與 MOSFET 柵極電荷相匹配。Microchip 提供許多不同種類的 MOSFET 驅動器，它們 采用不同的封裝，因此可以使設計者為應用中的 MOS- FET 選擇最合適的 MOSFET 驅動器。

MOSFET 驅動器的功耗

對 MOSFET 的柵極進行充電和放電需要同樣的能量， 無論充放電過程快或慢 (柵極電壓的上升和下降)。因 此，MOSFET 驅動器的電流驅動能力并不影響由 MOS- FET 柵極的容性負載產生的驅動器功耗。

MOSFET 驅動器的功耗包含三部分:1. 由于MOSFET柵極電容充電和放電產生的功耗。

從上述公式推導得出，三部分功耗中只有一個與MOSFET 柵極電容充電和放電有關。這部分功耗通常是 最高的，特別在很低的開關頻率時。

為了計算公式 1 的值，需要知道 MOSFET 柵極電容。

MOSFET 柵極電容包含兩個電容:柵源電容和柵漏電容 (密勒電容)。通常容易犯的錯誤是將 MOSFET 的輸入 電容 (CISS)當作 MOSFET 總柵極電容。確定柵極電 容的正確方法是看 MOSFET 數據手冊中的總柵極電容 (QG)。這個信息通常顯示在任何 MOSFET 的電氣特

性表和典型特性曲線中。

表 1 顯示了 500V、14A、N 溝道 MOSFET 的柵極電容 在數據手冊中的典型示例。要留意數據手冊表中給出的 數值與它們的測試條件有關:柵極電壓和漏極電壓。這 些測試條件影響著柵極電荷的值。圖 1 顯示同一個MOSFET 在不同柵極電壓和漏極電壓下柵極電荷的典 型特性曲線。應確保用來計算功耗的柵極電荷值也滿足 應用條件。

交越導通特性在MOSFET驅動器數據手冊中顯示為“交 越能量—電源電壓”典型特性曲線。圖 2 給出了這個曲 線示例。

交越常數的單位通常為安培 - 秒(A*sec)。這個數值與 工作頻率相乘得到平均電流值。圖 2 證明了先前討論的 這一點。也就是，當偏置電壓增加時，交越常數也增加， 因此驅動器的功率消耗 (由于交越導通)也增加。反 之，減小驅動器電壓導致驅動器功耗減小。

需要留意的一點是當使用雙路驅動器時，交越常數通常
表示驅動器兩部分的工作。如果只使用了驅動器的一部
分，或者驅動器的兩部分工作在不同的頻率，對于驅動
器每部分的計算，只需要采用這個值的一半。

以圖 2 所示的信息為例，我們假設這是單輸出驅動器， 工作VDD為12V，工作頻率為250 kHz。基于上述曲線， 交越常數定為 5.2*10-9。

峰值電流驅動的需求

針對 MOSFET 驅動器的討論主要是考慮內部和外部因 素而導致 MOSFET 驅動器產生功耗。所以必須計算出MOSFET 驅動器的功率損耗，進而利用計算值為驅動器 選擇正確的封裝和計算結溫。

在應用中使 MOSFET 驅動器與 MOSFET 匹配主要是根 據功率 MOSFET 導通和截止的速度快慢 (柵極電壓的 上升和下降時間)。任何應用中優化的上升 / 下降時間 取決于很多因素，例如 EMI(傳導和輻射)，開關損耗， 引腳 / 電路的感抗，以及開關頻率等。

MOSFET 導通和截止的速度與 MOSFET 柵極電容的充 電和放電速度有關。 MOSFET 柵極電容、導通和截止 時間與 MOSFET 驅動器的驅動電流的關系可以表示 為:

同時還需要考慮在 MOSFET 驅動器和功率 MOSFET 柵 極之間使用外部電阻，因為這會減小驅動柵極電容的峰 值充電電流。這種驅動的配置如圖 4 所示。

MOSFET 驅動器柵極驅動典型配置

使用 MOSFET 驅動器時可以采用許多不同的電路配置。 很多時候，由于高的峰值電流、驅動電壓快的上升 / 下 降時間以及電路板上長走線引起的電感，需要考慮額外 的鉗位電路。圖 3 至圖 6 顯示了經常使用的柵極驅動電 路典型配置。

圖 6 顯示了使用柵極驅動變壓器的兩種不同柵極驅動配 置。柵極驅動變壓器可以用在高壓或低壓的應用中，從 而在控制電路和功率 MOSFET 之間提供隔離，而這種 隔離是為了滿足安全要求，或者是提供高端浮空柵極驅 動。

圖 6 中的電路 A 和電路 B 顯示了單開關正激應用中使用 的柵極驅動變壓器。與 MOSFET 驅動器輸出和柵極驅 動變壓器串聯的電阻和電容用于平衡柵極驅動變壓器的 電壓 - 時間。由于柵極驅動變壓器的電壓 - 時間必須平 衡(對任何變壓器都一樣)，在開關周期的截止時間內， 功率 MOSFET 的柵極被施加了一個負的柵源電壓。很 多時候這會引起導通時開關時間延遲。如果不希望發生 這種情況，可以使用 B 中的電路配置。這個電路使用負 的柵極驅動電壓來導通另外一個小信號 FET，進而短接主功率 MOSFET 的柵源端子，使其完全截止，并使柵 極電壓保持在 0V。A 和 B 中顯示的驅動配置也可以用于 雙開關的正激拓撲結構。

總結

在實際應用中，將適當的 MOSFET 驅動器與 MOSFET匹配時需要考慮許多參數。然而，遵循本應用筆記中介 紹的步驟就可以作出正確的選擇。表 3可以作為通用的 指南來縮小選擇的范圍。

正如任何電子元件一樣，沒有一個器件能夠適合所有的 應用，因此 Microchip 提供了不同標稱電流、驅動輸出 極性和輸入邏輯配置的 MOSFET 驅動器。