上一篇文章我们讨论了如何从datasheet文档中提取MOSFET相关参数的方法,可以让工程师在前期器件选型上更加的准确。今天本文所要讨论的问题是关于MOSFET驱动旁路电容的选取方法,如何根据电路参数去计算该电容值得大小。
MOSFET驱动器必须使用低阻抗电压源进行操作,以实现高开关速度和可靠的操作。 为了提供这种虚拟电压源,驱动器的偏置线必须由质量非常高的高频电容器局部旁路。 在大多数应用中,此电容是通过低阻抗,高频多层陶瓷电容器实现的。 旁路电容器和驱动器本身的正确位置可以确保旁路成功的一半。 以下示例突出显示了正确的栅极驱动器设计的一些最重要的规则:
1、驱动电路应靠近MOSFET。 通过仔细的布局设计,PWM控制器和MOSFET驱动器之间可以留出很大的距离。 即使PWM IC的输出和驱动器的输入之间没有大电流,相对宽的印刷电路板走线也可以减小寄生互连电感,从而提供较低的环路阻抗和更好的抗噪性。
2、单独旁路各个噪声源也很重要,即功率级,PWM控制器和驱动器都有各自的旁路电容。 必须最小化三个阴影循环区域。
在导通期间,栅极电流流经驱动器的旁路电容器,而在关断期间,功率级的高频旁路电容器必须提供一条路径来对MOSFET的Cgd电容器充电。
举个栗子,IRFP350 MOSFET由Micrel MIC4423驱动器驱动。 输入为高时,驱动器的静态电流IQ,HI为2.5mA。 当输入为低电平时,静态电流可以忽略不计。 开关频率为100kHz,PWM信号的最大占空比为0.7。栅极由12V信号驱动,器件的截止状态电压约为300V。
根据这些工作条件,总栅极电荷可估计为115nC。 旁路电容器两端的5%纹波电压是可以接受的,而12V的偏置将允许0.6V纹波电压。 计算最小旁路电容值的公式为:
开关频率对旁路电容值的影响如图所示。 在高频下,栅极电荷决定了最小的旁路电容,因此曲线接近渐近的最小值。 在低工作频率下,驱动器的静态电流命令最小的电容器尺寸。 请注意,该纹波分量取决于PWM信号的占空比,在此计算中考虑了最坏情况(D = 0.7)。