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Part 01、前言
我們在設(shè)計MOSFET驅(qū)動電路時一般會在MOSEFT柵極串聯(lián)一個電阻，有放10Ω的，有放20Ω的，那柵極為什么需要串聯(lián)一個電阻？電阻的阻值又該如何選取呢？今天就來分析一下吧。
Part 02、MOSFET柵極串聯(lián)電阻的原因以及阻值計算
1.限制充放電電流
MOSFET柵極寄生電容在電平轉(zhuǎn)換時需要充放電，直接驅(qū)動可能會引起瞬間的高峰電流。串聯(lián)電阻可以限制這一充放電電流，保護驅(qū)動電路不受大電流沖擊，避免因過大電流導致的器件損壞，如何我們用驅(qū)動器驅(qū)動MOSFET時一般不需要擔心，但是有時候我們驅(qū)動小信號MOSFET時，可能會直接用MCU IO口驅(qū)動MOSFET，此時就需要注意了。
我們以MCU為例，MCU IO口最大輸出電流可以通過規(guī)格書獲取，一般是最大100mA，如果是5V輸出的MCU，MCU IO口輸出瞬間，MOSFET GS寄生電容相當短路，對應的限流電阻阻值可以估算如下：R=V/I=5V/100mA=50Ω限流電阻不得低于50Ω.
關(guān)于MCU中的最大輸出電流Latch-up電流這里多說兩句，Latch-up電流又叫閂鎖電流，是指在某些異常條件下，例如過電壓、ESD 沖擊、瞬態(tài)噪聲等觸發(fā)芯片內(nèi)部寄生的雙極性晶體管結(jié)構(gòu)，通常是PNPN結(jié)構(gòu)，形成一個低阻抗的通路，使得電源與地之間短路，導致異常大電流流過芯片。如果這種狀態(tài)持續(xù)存在而電流得不到有效限制，就可能引起芯片過熱、功能失常，甚至永久性損壞。為了避免因閂鎖引起的MCU IO損壞，設(shè)計時一般會串聯(lián)一個電阻。
2.抑制柵極振蕩
在實際電路中，除了MOSFET的柵極電容，還存在導線寄生電感。當快速開關(guān)信號作用于這種R-C-L網(wǎng)絡時，可能會引發(fā)MOSEFT柵極驅(qū)動波形振蕩也就是我們常說的ringing振鈴波形，這不僅影響開關(guān)過程的穩(wěn)定性，還可能產(chǎn)生電磁干擾。串聯(lián)電阻可以為該網(wǎng)絡提供適當?shù)?a class="article-link" target="_blank" href="/baike/520862.html">阻尼，從而抑制振蕩，減少過沖和尖峰現(xiàn)象。
一般來說，我們可以將柵極電路近似看成一個串聯(lián)的 RLC 電路，其中電路的固有諧振頻率為：
Ceff：有效的柵極電容（包括MOSFET本身的柵極電容和Miller效應等因素），我們可以用MOSFET的柵極電容Ciss來代替
Leff：包括PCB走線，封裝等帶來的寄生電感，這個參數(shù)一般很難獲取，有兩種方法解決，一種是拿實際的板子去更換不容Rg阻值試，另外一種就是基于具體的振鈴波形去計算，內(nèi)容比較多，在此不做展開了。
為了抑制振鈴，通常希望將該RLC回路設(shè)計成臨界阻尼或接近過阻尼狀態(tài)。對于一個標準的二階系統(tǒng)，其阻尼比為:
Rgate：串聯(lián)在柵極的電阻，用于阻尼。
當ζ=1時，對應臨界阻尼;
當ζ>1時，為過阻尼狀態(tài)（振鈴完全消失，但響應速度可能較慢）；
當ζ<1時，為欠阻尼狀態(tài)，可能會有明顯振鈴。
所以我們的目標就是ζ≥1，那么柵極串聯(lián)電阻的阻值至少不能小于：
比如寄生電感Leff=20nH，柵極電容Ceff=1nF，那么臨界阻尼時的電阻為：
因此，選擇大約9Ω以及以上阻值的柵極串聯(lián)電阻可以使電路達到臨界阻尼效果，較好地抑制振鈴。
3.控制開關(guān)速度
通過調(diào)整串聯(lián)電阻的阻值，可以控制柵極電容的充放電速率，也就間接控制了MOSFET的開關(guān)速度。適當?shù)拈_關(guān)速度可以降低開關(guān)損耗和電磁干擾，同時也減少在開關(guān)過程中由于寄生效應引起的不穩(wěn)定現(xiàn)象。
從MOSFET數(shù)據(jù)手冊中獲取總柵極電荷Qg，通常在某一驅(qū)動電壓Vdrive下給出。根據(jù)應用對MOSFET開關(guān)速度的要求確定上升/下降時間，例如，設(shè)定上升時間trise。需要注意，實際的上升時間可能受到Miller效應的影響，所以這個時間常數(shù)只是一個近似值。
計算柵極電阻：
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