本應(yīng)用報告旨在展示一種為高速開關(guān)應(yīng)用設(shè)計的高性能柵極驅(qū)動電路 應(yīng)用非常重要。這是一個內(nèi)容詳實的主題集，可為您提供解決最常見設(shè)計難題的“一站式服務(wù)”。因此，它可為具有不同經(jīng)驗的電子產(chǎn)品工程師提供強大幫助。本報告對目前較為流行的電路解決方案及其性能進行了分析，包括寄生器件的影響、瞬態(tài)和極端工作條件。本文從 MOSFET 技術(shù)和開關(guān)運行概述入手，按照由易而難的順序，對各類問題進行了闡述。詳細介紹了接地參考和高側(cè)柵極驅(qū)動電路的設(shè)計流程，以及交流耦合和變壓器隔離解決方案。

　　MOSFET – 是金屬氧化物半導體場效應(yīng)晶體管的首字母縮寫詞，它是電子行業(yè)高頻高效開關(guān)領(lǐng)域的 關(guān)鍵 組件。讓人稱奇的是，F(xiàn)ET 技術(shù)發(fā)明于 1930 年，比雙極晶體管要早大約 20 年。第一個信號級 FET 晶體管誕生于 20 世紀 50 年代末期，而功率 MOSFET 則誕生于 70 年代中期。如今，從微處理器到“分立式”功率晶體管在內(nèi)的各種現(xiàn)代電子組件均集成了數(shù)以百萬計的 MOSFET 晶體管。本報告重點介紹了各種開關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換應(yīng)用中功率 MOSFET 的柵極驅(qū)動 應(yīng)用非常重要。

　　雙極晶體管和 MOSFET 晶體管的工作原理相同。從根本上說，這兩種晶體管都是電荷控制器件，這就意味著它們的輸出電流與控制電極在半導體中形成的電荷成比例。將這些器件用作開關(guān)時，都必須由能夠提供足夠灌入和拉出電流的低阻抗源來驅(qū)動，以實現(xiàn)控制電荷的快速嵌入和脫出。從這一點來看，在開關(guān)期間，MOSFET 必須以類似于雙極晶體管的形式進行“硬”驅(qū)動，以實現(xiàn)可媲美的開關(guān)速度。從理論上來說，雙極晶體管和 MOSFET 器件的開關(guān)速度幾乎相同，這取決于電荷載流子在半導體區(qū)域中傳輸所需的時間。功率器件的典型值大約為 20 至 200 皮秒，具體取決于器件大小。

　　MOSFET 技術(shù)在數(shù)字和功率應(yīng)用領(lǐng)域的普及 得益于 它與雙極結(jié)晶體管相比所具有的兩個主要優(yōu)勢。其中一個優(yōu)勢是，MOSFET 器件在高頻開關(guān)應(yīng)用中使用 應(yīng)用非常重要。MOSFET 晶體管更加容易驅(qū)動，因為其控制電極與導電器件隔離，所以不需要連續(xù)的導通電流。一旦 MOSFET 晶體管開通，它的驅(qū)動電流幾乎為零。而且，控制電荷大量減少，MOSFET 晶體管的存儲時間也相應(yīng)大幅減少。這基本上消除了導通壓降和關(guān)斷時間之間的設(shè)計權(quán)衡問題，而開通狀態(tài)壓降與控制電荷成反比。因此，與雙極器件相比，MOSFET 技術(shù)預(yù)示著使用更簡單且更高效的驅(qū)動電路帶來顯著的經(jīng)濟效益。此外，需要特別強調(diào)突出的是，在電源 應(yīng)用中，MOSFET 具有電阻的性質(zhì)。MOSFET 漏源端上的壓降是流入半導體的電流的線性函數(shù)。此線性關(guān)系用 MOSFET 的 RDS（on） 來表征，也稱為導通電阻。導通電阻對指定柵源極電壓和器件溫度來說是恒定的。與 p-n 結(jié) -2.2mV/°C 的溫度系數(shù)不同，MOSFET 的溫度系數(shù)為正值，約為 0.7%/°C 至 1%/°C。正因為 MOSFET 具有此正溫度系數(shù)，所以當使用單個器件不現(xiàn)實或不可能時，它便是高功率 應(yīng)用中 并行運行的理想之選。由于通道電阻具有正 TC，因此多個并聯(lián) MOSFET 會均勻地分配電流。在多個 MOSFET 上會自動實現(xiàn)電流共享，因為正 TC 的作用相當于一種緩慢的負反饋系統(tǒng)。載流更大的器件會產(chǎn)生更多熱量 - 請別忘了漏源電壓是相等的 – 并且溫度升高會增加其 RDS（on） 值。增加電阻會導致電流減小，從而降低溫度。最終，當并聯(lián)器件所承載的電流大小相近時，便達到平衡狀態(tài)。RDS（on） 值和不同結(jié)至環(huán)境熱阻的初始容差可導致電流分布出現(xiàn)高達 30% 的重大誤差。