MOSFET栅极驱动的振荡现象

那么是不是栅极驱动电流越大越好呢

也就是我们的驱动电阻的内阻

是不是越小越好

这也有可能带来问题

我们来对驱动电路进行定量仿真

用这么一个电路

我们解释一下这个电路

驱动信号

一个 2.5 的方波再抬升 2.5V 电平

实际上就是一个 5V 的直流方波

构成它的驱动信号

那么 R1 代表驱动电路内阻

这个内阻包含整个栅极电阻也包括在里面

整个电阻

L1 代表一定存在的引线的寄生电感

那么 C1 用来模拟栅极的寄生电容

我们仿真发现

我的驱动电信号是完美的方波

但是我的栅源控制电压产生了振荡

剧烈振荡

这个振荡会带来什么危害呢

比如说我们的门限控制电压

正好处于你的振荡范围之内

那你现在告诉我

你是希望这个开关开通还是关断

还是希望它反复进入开通和关断

这个会把开关烧掉的

那么为什么会发生振荡呢

由于引线电感一定存在

电容会寄生的，电阻也一定存在

所以驱动电路实际上是一个 RLC 电路

然后我们在电路中学过的理论计算表明

当 R 小于 √(L/C) 的时候

这个电路欠阻尼

一定会发生振荡

我们举几个生活中的阻尼的振荡的例子

如果我们在空气和水里面

我们拉起一个单摆

那么它摆过最低点以后一定会重新摆回来

这个就发生振荡

但振荡一定会在所有情况下发生吗

如果我们把单摆放在极其黏稠的油里面

黏度非常高

那么它还会振荡吗

它不会

它摆到最低点

极其缓慢的速度摆到最低点就停住了

那么这种情况实际上是过阻尼

我们再举个例子

如果我们简单地用一个弹簧来做闭门器

一松手门就啪关上了

撞在门框上

重重撞在门框上

这就叫欠阻尼振荡

而我们现在用的好的闭门器

是长这个样子的

它做成了临界阻尼状态

它既不会欠阻尼去撞门框

也不会由于像粘稠的油里面那样过阻尼

长时间门关不上，很长时间关上门

它尽量处于临界阻尼

好了，我们有了理论指导

那我们解决振荡的方案很简单

就是使得 R 大于等于 √(L/C)

那么振荡就会消失

我们把驱动电阻增大到 70Ω

我们可以看到振荡消失

那么由于驱动电阻增大

栅极的电压上升就有一定的缓慢

那么我们用增加电阻的方法消除振荡

是有副作用的

它会削弱驱动能力

我们看这个公式里面

寄生电容是固有电容我们无法改变

但是引线电感

是可以通过优化布局布线来减小的

我们只有当电感无可减小的时候

才会去通过增大电阻的方法来消除振荡

本课小结

栅极驱动振荡的原因

原因是栅极驱动电路

实际上构成一个 RLC 振荡

那么当 R 小于 √(L/C) 的时候

振荡一定会发生

那我们消除振荡的方案

万一振荡发生了

我们增加 RG 也就是栅极电阻

可以把振荡消除

这节课就到这里

那么是不是栅极驱动电流越大越好呢

也就是我们的驱动电阻的内阻

是不是越小越好

这也有可能带来问题

我们来对驱动电路进行定量仿真

用这么一个电路

我们解释一下这个电路

驱动信号

一个 2.5 的方波再抬升 2.5V 电平

实际上就是一个 5V 的直流方波

构成它的驱动信号

那么 R1 代表驱动电路内阻

这个内阻包含整个栅极电阻也包括在里面

整个电阻

L1 代表一定存在的引线的寄生电感

那么 C1 用来模拟栅极的寄生电容

我们仿真发现

我的驱动电信号是完美的方波

但是我的栅源控制电压产生了振荡

剧烈振荡

这个振荡会带来什么危害呢

比如说我们的门限控制电压

正好处于你的振荡范围之内

那你现在告诉我

你是希望这个开关开通还是关断

还是希望它反复进入开通和关断

这个会把开关烧掉的

那么为什么会发生振荡呢

由于引线电感一定存在

电容会寄生的，电阻也一定存在

所以驱动电路实际上是一个 RLC 电路

然后我们在电路中学过的理论计算表明

当 R 小于 √(L/C) 的时候

这个电路欠阻尼

一定会发生振荡

我们举几个生活中的阻尼的振荡的例子

如果我们在空气和水里面

我们拉起一个单摆

那么它摆过最低点以后一定会重新摆回来

这个就发生振荡

但振荡一定会在所有情况下发生吗

如果我们把单摆放在极其黏稠的油里面

黏度非常高

那么它还会振荡吗

它不会

它摆到最低点

极其缓慢的速度摆到最低点就停住了

那么这种情况实际上是过阻尼

我们再举个例子

如果我们简单地用一个弹簧来做闭门器

一松手门就啪关上了

撞在门框上

重重撞在门框上

这就叫欠阻尼振荡

而我们现在用的好的闭门器

是长这个样子的

它做成了临界阻尼状态

它既不会欠阻尼去撞门框

也不会由于像粘稠的油里面那样过阻尼

长时间门关不上，很长时间关上门

它尽量处于临界阻尼

好了，我们有了理论指导

那我们解决振荡的方案很简单

就是使得 R 大于等于 √(L/C)

那么振荡就会消失

我们把驱动电阻增大到 70Ω

我们可以看到振荡消失

那么由于驱动电阻增大

栅极的电压上升就有一定的缓慢

那么我们用增加电阻的方法消除振荡

是有副作用的

它会削弱驱动能力

我们看这个公式里面

寄生电容是固有电容我们无法改变

但是引线电感

是可以通过优化布局布线来减小的

我们只有当电感无可减小的时候

才会去通过增大电阻的方法来消除振荡

本课小结

栅极驱动振荡的原因

原因是栅极驱动电路

实际上构成一个 RLC 振荡

那么当 R 小于 √(L/C) 的时候

振荡一定会发生

那我们消除振荡的方案

万一振荡发生了

我们增加 RG 也就是栅极电阻

可以把振荡消除

这节课就到这里