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工作于线性区功率MOSFET（4）：di/dt和dv/dt分开控制方法

时间：2021-11-29 16:42:05

关键字：控制方法线性功率MOSFET

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[导读]‍‍题注‍‍：‍‍‍‍‍‍‍‍本文介绍的di/dt、dV/dt分开单独控制方法，不仅适用于负载开关，还广泛用于电机控制功率MOSFET或IGBT驱动电路：（1）调整驱动电路电阻RG，调整dV/dt（2）调整并联电容CGS，调整di/dt1、功率MOSFET的开关过程功率MOSFE...

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‍题注‍‍：‍‍‍‍‍‍‍‍本文介绍的di/dt、dV/dt分开单独控制方法，不仅适用于负载开关，还广泛用于电机控制功率MOSFET或IGBT驱动电路：
（1）调整驱动电路电阻RG，调整dV/dt

（2）调整并联电容CGS，调整di/dt

1、功率MOSFET的开关过程

功率MOSFET的开通过程中可以分为4个阶段，关断过程的基本原理和开通过程相类似，以前的文章对其进行过非常详细的叙述，N沟道功率MOSFET放在低端直接驱动的波形如图1所示。

图1：功率MOSFET的开通过程

阶段3（t2-t3）为米勒平台，VGS电压保持米勒平台电压VGP，整个过程中，VDS电压逐渐下降到低的电压值，ID电流保持不变。

若功率MOSFET使用N管或P管放在高端，工作原理类似，工作的波形如下图2所示。

图2：N-MOSFET放在高端的开通波形

图3：P-MOSFET放在高端

图4：P-MOSFET放在高端开通波形

2、di/dt和dV/dt的分开独立控制

由前面的分析可以知道，在阶段2：t1-t2的开通过程中，漏极电流ID不断增加，VDS保持不变，这个过程主要控制着回路的电流变化率di/dt。在驱动电源VCC和驱动芯片的驱动能力确定的条件下，驱动电路的RG以及Ciss决定着开通过程的电流变化率di/dt。外加G、S的电容CGS1调节开通过程的di/dt的波形如图5所示。

图5：外加G、S电容CGS1开通波形

在阶段3：t2-t3的开通过程中，漏极电流ID保持不变，VDS不断降低，这个过程主要控制着回路的电压变化率dV/dt。在驱动电源VCC和驱动芯片的驱动能力确定的条件下，驱动电路的RG以及Crss决定着开通过程的电压变化率dV/dt。

实际应用过程中，功率MOSFET的Crss非常小，而且是非线性的，随着电压的变化而变化，变化的幅值也非常大，单独用Crss和RG来控制dV/dt，dV/dt控制精度差。

如果系统的dV/dt控制精度要求比较高，也就是输出电压的上电时间的控制精度要求比较高，而且上电时间也比较长，需要在G极和D极之间外加一个的电容CGD1，CGD1值远大于Crss，功率MOSFET内部寄生的非线性电容Crss的影响可以忽略，dV/dt的时间主要由外加的线性度好的外加电容CGD1控制，就可以比较准确的控制功率MOSFET的dV/dt的时间。

图6：外加G、D电容CGD1开通波形

完整的外围电路，包括G极电阻总和RG，RG并联快关断二极管D1，功率MOSFET的G、S外加电容CGS1，G、D外加电容CGD1和电阻RGD，如图7所示，其中RG为G极电阻总和，包括功率MOSFET内部电阻、驱动芯片上拉电阻和外加串联电阻RG1。

图7：负载开关和热插拨完整外围电路

本文所介绍的di/dt 、dV/dt分开单独控制的方法同样可以用在其它系统，特别是电机控制应用，在电机控制系统的主功率板，功率MOSFET或IGBT的驱动电路并联有外部的电容CGS或CGE，其调节方法和上面相同：

（1）通过调整驱动电路的RG，来调整回路的dV/dt
（2）然后调整驱动电路的并联电容CGS，来调整回路的di/dt