MOSFET柵極應用電路

MOSFET柵極

在看MOSFET柵極應用電路前，我們了解一下MOSFET柵極根據(jù)三極管的原理開發(fā)出的新一代放大元件，有3個極性，柵極，漏極，源極，它的特點是柵極的內(nèi)阻極高，采用二氧化硅材料的可以達到幾百兆歐，屬于電壓控制型器件。場效應晶體管（FieldEffectTransistor縮寫(FET)）簡稱場效應管。由多數(shù)載流子參與導電，也稱為單極型晶體管。它屬于電壓控制型半導體器件。

MOSFET柵極電壓對電流的影響

MOSFET柵極應用電路

FET通過影響導電溝道的尺寸和形狀，控制從源到漏的電子流（或者空穴流）。溝道是由（是否）加在柵極和源極的電壓而創(chuàng)造和影響的（為了討論的簡便，這默認體和源極是相連的）。導電溝道是從源極到漏極的電子流。

耗盡模式

在一個n溝道"耗盡模式"器件，一個負的柵源電壓將造成一個耗盡區(qū)去拓展寬度，自邊界侵占溝道，使溝道變窄。如果耗盡區(qū)擴展至完全關閉溝道，源極和漏極之間溝道的電阻將會變得很大，F(xiàn)ET就會像開關一樣有效的關閉（如右圖所示，當柵極電壓很低時，導電溝道幾乎不存在）。類似的，一個正的柵源電壓將增大溝道尺寸，而使電子更易流過（如右圖所示，當柵極電壓足夠高時，溝道導通）。

增強模式

相反的，在一個n溝道"增強模式"器件中，一個正的柵源電壓是制造導電溝道所必需的，因為它不可能在晶體管中自然的存在。正電壓吸引了體中的自由移動的電子向柵極運動，形成了導電溝道。但是首先，充足的電子需要被吸引到柵極的附近區(qū)域去對抗加在FET中的摻雜離子；這形成了一個沒有運動載流子的被稱為耗盡區(qū)的區(qū)域，這種現(xiàn)象被稱為FET的閾值電壓。更高的柵源電壓將會吸引更多的電子通過柵極，則會制造一個從源極到漏極的導電溝道；這個過程叫做"反型"。

MOSFET柵極應用電路的作用

1:去除電路耦合進去的噪音，提高系統(tǒng)的可靠性。

2：加速MOSFET的導通，降低導通損耗。

3：加速MOSFET的關斷，降低關斷損耗。

4：降低MOSFET DI/DT，保護MOSFET同時抑制EMI干擾。

5：保護柵極，防止異常高壓條件下柵極擊穿。

6：增加驅(qū)動能力，在較小的信號下，可以驅(qū)動MOSFET。

首先說一下電源IC直接驅(qū)動，下圖是我們最常用的直接驅(qū)動方式，在這類方式中，我們由于驅(qū)動電路未做過多處理，因此我們進行PCB LAYOUT時要盡量進行優(yōu)化。如縮短IC至MOSFET的柵極走線長度，增加走線寬度，盡量將Rg放置在離MOSFET柵極較進的位置，從而達到減少寄生電感，消除噪音的目的.

（一）直接驅(qū)動

MOSFET柵極應用電路

當然另一個問題我們得考慮，那就是PWM CONTROLLER的驅(qū)動能力，當MOSFET較大時，IC驅(qū)動能力較小時，會出現(xiàn)驅(qū)動過慢，開關損耗過大甚至不能驅(qū)動的問題，這點我們在設計時需要注意。

（二）IC內(nèi)部驅(qū)動能力不足時

當然，對于IC內(nèi)部驅(qū)動能力不足的問題我們也可以采用下面的方法來解決。

MOSFET柵極應用電路

這種增加驅(qū)動能力的方式不僅增加了導通時間，還可以加速關斷時間，同時對控制毛刺及功率損耗由一定的效果。當然這個我們在LAYOUT時要盡量將這兩個管子放的離MOSFET柵極較近的位置。這樣做的好處還有減少了寄生電感，提高了電路的抗干擾性。

（三）增加MOSFET的關斷速度

如果我們單單要增加MOSFET的關斷速度，那么我們可以采用下面的方式來進行。

MOSFET柵極應用電路

關斷電流比較大時，能使MOSFET輸入電容放電速度更快，從而降低關斷損耗。大的放電電流可以通過選擇低輸出阻抗的MOSFET或N溝道的負的截止的電壓器件來實現(xiàn)，最常用的就是加加速二極管。

柵極關斷時，電流在電阻上產(chǎn)生的壓降大于二極管導通壓降時，這時二極管會導通，從而將電阻進行旁路，導通后，隨著電流的減小，二極管在電路中的作用越來越小，該電路作用會顯著的減小MOSFET關斷的延遲時間。

當然這個電路有一定的缺點，那就是柵極的電流仍然需要留過IC內(nèi)部的輸出驅(qū)動阻抗，這有什么辦法解決呢？下面來講講PNP加速關斷驅(qū)動電路。

（四）PNP加速關斷驅(qū)動電路

PNP加速關斷電路

MOSFET柵極應用電路

PNP加速關斷電路是目前應用最多的電路，在加速三級管的作用下可以實現(xiàn)瞬間的柵源短路，從而達到最短的放電時間，之所以加二極管一方面是保護三級管基極，另一方面是為導通電流提供回路及偏置，該電路的優(yōu)點為可以近似達到推拉的效果加速效果明顯，缺點為柵極由于經(jīng)過兩個PN節(jié)，不能是柵極真正的達到0伏。