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在EMC中,MOSFET 栅极驱动电路常见类型

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    2023-8-15 15:16
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     楼主| 发表于 2025-4-15 14:28 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式

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    在电子设备的设计中,电磁兼容EMC)是确保设备稳定可靠运行的关键因素。功率 MOSFET 作为电子电路中的重要元件,其栅极驱动电路的设计与电磁兼容密切相关。由于 MOS 管的应用场景多样,因此产生了多种类型的驱动电路,这些电路在电磁兼容性方面各有优劣。下面我们就来详细了解一下几种常见的 MOSFET 栅极驱动电路。
    1. IC 直接驱动型

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    电源控制 IC 直接驱动是最为常见且简单的驱动方式。在电磁兼容的范畴内,这种方式虽然具备电路简单、成本低廉的优点,但也存在诸多不容忽视的问题。不同的电源控制 IC 驱动电流各不相同,如果 IC 无法提供足够的峰值驱动电流,MOSFET 的开启速度将会变慢;而当驱动能力不足时,上升沿可能出现高频振荡现象,这无疑会对电磁环境产生干扰,影响整个系统的电磁兼容性(EMC)。此外,该驱动方式还存在电流反灌的风险,过大的驱动 IC 引脚负压可能导致驱动 IC 损坏。同时,驱动能力受限于驱动 IC,会造成驱动 IC 的损耗增大、发热严重。充放电电流均流经驱动 IC,较长的驱动信号线容易耦合外部噪声,进而干扰驱动 IC 内部的逻辑电路和时钟电路,导致工作状态异常,严重威胁到系统的电磁兼容性。
    2. 推挽输出电路增强驱动型
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    推挽驱动电路在电磁兼容设计中扮演着重要角色,其主要作用是增加驱动峰值电流,从而快速完成栅极电容的充放电过程。这种拓扑结构能够有效减小 MOSFET 的开关时间,使其快速开通与关断,但同时也可能引发驱动振荡,对电磁环境产生一定影响。从电磁兼容的角度来看,驱动器件可以靠近 MOS 管放置,这有助于减小寄生电感,对提升电磁兼容性具有积极意义。推挽输出驱动自身带有两个 PN 结保护,可防止反向破坏,对 IC 驱动能力的要求相对较低,IC 驱动损耗也较小。然而,该电路存在器件较多的问题,驱动电压需要从 VCC 引入,并且需要加入反相电路的图腾柱,这使得驱动的 di/dt 增大,对 IC 的逻辑干扰增强,在电磁兼容设计时需要重点关注这些因素。
    3. 二极管关断加速驱动型
    在电磁兼容的考量下,二极管关断加速驱动电路具有开启和关断可独立调节的特点,电路结构相对简单。不过,随着 VGS 电压的降低,二极管的作用逐渐减弱,仅在 Turn Off Delay Time 阶段表现较为明显。此外,放电电流流经驱动芯片会导致其发热,较大的寄生电感也会对电磁兼容性产生一定影响。因此,这种驱动电路主要应用于小功率开关电源电路,且在驱动 IC 发热较小的情况下,以确保电磁兼容性(EMC)满足要求。
    4. 三极管关断加速驱动型
    三极管关断加速驱动电路在电磁兼容环境中具有独特的优势,其开启和关断速度均可独立调节,且关断速度较快,驱动环路的寄生电感影响相对较小。然而,当泄放三极管基极电阻及 R3过小时,若 Q1的B值过大,需要防止瞬态饱和电流超过三极管的电流应力,同时要警惕关断过快引发的振荡问题,这些振荡可能会成为电磁干扰源,影响系统的电磁兼容性。为解决这一问题,泄放三极管 BE 间需并联二极管进行电压箝位。该电路主要应用于较大功率开关电源,特别是在桥式开关电源中,需要严格控制泄放速度,过快可能导致振荡,过慢则可能引发二次开通问题,这两种情况都会对电磁环境造成不良影响。
    5. 变压器加速关断驱动电路
    在电磁兼容设计中,变压器加速关断驱动电路具有重要意义。为满足驱动高边 MOS 管的需求,通常会采用变压器驱动方式,这不仅能够实现驱动功能,还可用于安全隔离,是电磁兼容设计中的一种有效手段。使用 R1 电阻的目的在于抑制 PCB 板上的寄生电感与 C1 形成 LC 振荡,其设计原理是隔离直流、通过交流,同时防止磁芯饱和,这些措施都是为了确保整个电路的电磁兼容性(EMC),减少电磁干扰,保障系统的稳定运行。
    综上所述,在设计 MOSFET 栅极驱动电路时,必须充分考虑电磁兼容(EMC)因素,精心选择合适的驱动电路类型,并采取相应的措施来优化电磁兼容性,以确保电子设备能够稳定可靠地运行。
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    2#
    发表于 2025-4-15 18:41 | 只看该作者
    电磁兼容确实是头疼的问题,# I* r2 @6 U, W! U* A& @  Y& ~
    主要还是高频信号
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