电路设计篇【5】MOS管驱动电路设计，如何让MOS管快速开启和关闭？

【原因】

    关于MOS管驱动电路设计，本文谈一谈如何让MOS管快速开启和关闭。
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一般认为MOSFET（MOS管）是电压驱动的，不需要驱动电流。然而，在MOS管的G极和S极之间有结电容存在，这个电容会让驱动MOS变的不那么简单。
下图的3个电容为MOS管的结电容，电感为电路走线的寄生电感

如果不考虑纹波、EMI和冲击电流等要求的话，MOS管开关速度越快越好。因为开关时间越短，开关损耗越小，而在开关电源中开关损耗占总损耗的很大一部分，因此MOS管驱动电路的好坏直接决定了电源的效率。
怎么做到MOS管的快速开启和关闭呢？

【原理】

对于一个MOS管，如果把GS之间的电压从0拉到管子的开启电压所用的时间越短，那么MOS管开启的速度就会越快。与此类似，如果把MOS管的GS电压从开启电压降到0V的时间越短，那么MOS管关断的速度也就越快。
由此我们可以知道，如果想在更短的时间内把GS电压拉高或者拉低，就要给MOS管栅极更大的瞬间驱动电流。
大家常用的PWM芯片输出直接驱动MOS或者用三极管放大后再驱动MOS的方法，其实在瞬间驱动电流这块是有很大缺陷的。
比较好的方法是使用专用的MOSFET驱动芯片如TC4420来驱动MOS管，这类的芯片一般有很大的瞬间输出电流，而且还兼容TTL电平输入，MOSFET驱动芯片的内部结构如下：

MOS驱动电路设计需要注意的地方：
因为驱动线路走线会有寄生电感，而寄生电感和MOS管的结电容会组成一个LC振荡电路，如果直接把驱动芯片的输出端接到MOS管栅极的话，在PWM波的上升下降沿会产生很大的震荡，导致MOS管急剧发热甚至爆炸，一般的解决方法是在栅极串联10欧左右的电阻，降低LC振荡电路的Q值，使震荡迅速衰减掉。
因为MOS管栅极高输入阻抗的特性，一点点静电或者干扰都可能导致MOS管误导通，所以建议在MOS管G极和S极之间并联一个10K的电阻以降低输入阻抗。
如果担心附近功率线路上的干扰耦合过来产生瞬间高压击穿MOS管的话，可以在GS之间再并联一个18V左右的TVS瞬态抑制二极管。
TVS可以认为是一个反应速度很快的稳压管，其瞬间可以承受的功率高达几百至上千瓦，可以用来吸收瞬间的干扰脉冲。
综上，MOS管驱动电路参考：

MOS管驱动电路的布线设计：

MOS管驱动线路的环路面积要尽可能小，否则可能会引入外来的电磁干扰。
驱动芯片的旁路电容要尽量靠近驱动芯片的VCC和GND引脚，否则走线的电感会很大程度上影响芯片的瞬间输出电流。
常见的MOS管驱动波形：

如果出现了这样圆不溜秋的波形就等着核爆吧。有很大一部分时间管子都工作在线性区，损耗极其巨大。
一般这种情况是布线太长电感太大，栅极电阻都救不了你，只能重新画板子。
高频振铃严重的毁容方波：

在上升下降沿震荡严重，这种情况管子一般瞬间死掉，跟上一个情况差不多，进线性区。
原因也类似，主要是布线的问题。又胖又圆的肥猪波。
上升下降沿极其缓慢，这是因为阻抗不匹配导致的。
芯片驱动能力太差或者栅极电阻太大。
果断换大电流的驱动芯片，栅极电阻往小调调就OK了。
打肿脸充正弦的生于方波他们家的三角波：

驱动电路阻抗超大发了，此乃管子必杀波，解决方法同上。
大众脸型，人见人爱的方波：

高低电平分明，电平这时候可以叫电平了，因为它平。边沿陡峭，开关速度快，损耗很小，略有震荡，可以接受，管子进不了线性区，强迫症的话可以适当调大栅极电阻。

方方正正的帅哥波，无振铃无尖峰无线性损耗的三无产品，这就是最完美的波形了。
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