整理MOSFET栅极电路几个常见的应用示例

MOSFET是一种电压控制器件，具有许多优点，包括快速开关速度、高频性能、高输入阻抗、低噪声、低驱动功率、大动态范围和大安全工作区 (SOA)，开关电源、电机控制、电动工具等行业都在使用。

MOSFET具有三个端子，即漏极 (D)、源极 (S) 和栅极 (G)，其中栅极是MOSFET最薄弱的元件，如果电路构造不当，可能会导致设备甚至系统出现故障。因此，本文整理了比较热门的几种门电路应用，仅供参考。

MOSFET栅极电路的常用功能如下：

• 去除耦合到电路中的噪声，提高系统的可靠性；
• 加速MOSFET的导通 ，降低导通损耗；
• 加速 MOSFET的关断 ，降低关断损耗；
• 降低 MOSFET  DI/DT，保护MOSFET，抑制EMI干扰；
• 保护电网，防止电网在异常高压情况下击穿；
• 增加驱动能力，可以 在更小的信号下驱动MOSFET 。

1、直驱

首先来讨论一下电源IC的直接驱动，其中最典型的直接驱动方法如下图所示。因为没有对这个技术中的驱动电路做任何处理，所以在做PCB LAYOUT的时候应该努力改进它。为了减少寄生电感并消除噪声，请缩短从IC 到MOSFET的栅极走线。增加走线宽度，并使Rg尽可能远离MOSFET栅极。

当然，另一个要考虑的因素是PWM控制器的驱动能力。驱动太迟钝，开关损耗太大，或者当MOSFET大于IC 驱动能力时， IC 将无法驱动，这是我们需要注意我们的设计的时候。

2、IC内部驱动能力不足时

当然，下面的方案也可以用来补救 IC内部驱动能力不足的问题，如下图所示：

这种增强驱动能力的方法不仅延长了导通时间，还缩短了关断时间，对毛刺和掉电控制有一定的效果。当然，在设计图中，应该努力将这两个管子放置在尽可能靠近MOSFET栅极的位置，好处是寄生电感降低，电路的抗干扰能力提高。

3、提高MOSFET的关断速度

如果只是想提高MOSFET的关断速度，那么可以通过以下方式来实现。

当关断电流相对较高时，MOSFET输入电容可以更快地放电，从而降低关断损耗，这时可以采用低输出阻抗MOSFET或 N沟道负截止电压器件，例如冲击二极管，以获得大的放电电流。

栅极关闭时电阻器上的电流产生的电压降大于二极管开启时的电压降。此时二极管将打开，绕过电阻。二极管一旦打开就在电路中并且电流减小。该电路的效果正在缩小，该电路的效果将大大降低MOSFET 的关断延迟时间。

当然，这个电路有几个缺陷，例如栅极电流仍然必须流过 IC的输出驱动阻抗。

4、PNP加速关断驱动电路

下面来看看PNP快速关断电路，原理图如下：

目前最流行的是PNP快速关断电路。在加速三极管的作用下可以建立瞬时的栅源短路，从而使放电时间最短。包含二极管一方面是为了保护三极管的基极，另一方面是为传导电流提供环路和偏置。

该电路的优点是可以接近推挽动作，加速效果可见；但是，因为它通过两个PN结，栅极不能真正达到0伏。

5、源输出为高电压时驱动

当源输出为高电压时，为了实现电路的目标，必须使用偏置电路。如下图所示，这里以源极为参考点设计偏置电路，驱动电压在两个电压之间摆动，驱动电压偏差由低压电源决定。

当然，这张图片看起来可能会有些奇怪。实际上，问题是“驱动电源”必须关闭，MOS源必须“接地”。

为了方便设计，下面给出了正确的原理图：

6、满足隔离要求的驱动器

变压器驱动器经常用于提供高侧浮动栅极驱动器或满足安全隔离要求。如下图所示，该驱动器隔离了驱动器控制和MOSFET，可用于低压和高压电路。

当然，也有专门的驱动IC可以解决这个问题，但是变压器驱动器有自己的一套品质，让很多人坚持使用。上图中的耦合电容器用作磁芯的复位电压。如果没有这个电容器，就会发生磁饱和。

另外，电阻与电容串联的目的是为了防止 LC 由于占空比的突然变化而产生振荡，因此包含了这个电阻。

7、反向演示图

下面是一个实际的引导反转图，仅供大家参考：

众所周知，由于栅极是MOSFET最薄弱的元件。如果电路构造不当，可能会导致设备甚至系统出现故障。因此，本文整理了当前比较流行的门电路仅供参考，大家也很可以自行发挥，设计更好的门电路图。