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Part 01、前言
在MOSFET驅(qū)動電路中，經(jīng)常會遇到使用集成雙極晶體管BJT作為柵極驅(qū)動器的情況。這種設(shè)計在PWM控制或電機驅(qū)動中非常常見，尤其是在需要快速開關(guān)和高效率時。下面是一個典型的帶有BJT的柵極驅(qū)動電路，上一篇文章講解了VDRV電源處去耦電容的選型計算，今天，我就結(jié)合這個電路，聊聊如何設(shè)計柵極驅(qū)動電路。
Part 02、BJT柵極驅(qū)動電路的工作原理
NPN晶體管確實只能在一個方向上處理電流，具體來說：當(dāng)基極驅(qū)動為高時，集電極到發(fā)射極導(dǎo)通，可以“拉電流”，把MOSFET柵極拉高。但一旦柵極電容充電完成，電流不再流動，上管NPN就沒法“灌電流”了。反過來，基極驅(qū)動為高時，下管NPN導(dǎo)通，可以“灌電流”把柵極拉低，但沒法拉高。
這單向性決定了高側(cè)NPN負(fù)責(zé)上拉，快速充電柵極電容，讓MOSFET導(dǎo)通。低側(cè)NPN負(fù)責(zé)下拉，快速放電柵極電容，讓MOSFET截止。這樣才能實現(xiàn)雙向控制，滿足MOSFET快速開關(guān)的需求。如果只用單NPN比如只拉不灌，開關(guān)速度會嚴(yán)重失衡，上升沿快，下降沿慢，影響效率。
MOSFET開關(guān)時，源極電感和輸入電容之間會形成振蕩。這是因為MOSFET源極到地之間的走線或引腳有寄生電感，開關(guān)時電流變化快（di/dt大），電感上產(chǎn)生反向電壓。柵極電容放電時，電流通過RGATE和寄生電感，形成LC振蕩回路。
振蕩頻率f ≈ 1/(2π√(Lsource × Cgs))
Lsource和Cgs值雖小，但di/dt夠大，振蕩就出來了。
振鈴可能讓柵源電壓（Vgs）超出MOSFET耐壓，比如±20V，燒毀器件，并且振蕩信號耦合到控制IC，影響PWM精度。開關(guān)損耗增加，系統(tǒng)發(fā)熱。
Part 03、電路設(shè)計核心要點
為了給反向電流找條路，電路中通過增加低正向壓降的肖特基二極管。這種二極管正向壓降低約0.3V-0.5V，比普通二極管0.7V快，能快速提供回流路徑，所以二極管的位置需要緊貼驅(qū)動器輸出引腳和去耦電容，減少寄生電感。這樣當(dāng)振蕩產(chǎn)生反向電壓時，二極管導(dǎo)通，把能量導(dǎo)回VCC或GND，抑制振蕩。
缺點就是這倆二極管只保護驅(qū)動器，肖特基二極管只能防止驅(qū)動器輸出端過壓，保護IC不被燒毀。但它不直接鉗位MOSFET的柵源電壓（Vgs），無法有效阻止Vgs振鈴到危險值。如果控制IC離MOSFET柵源端子遠，走線電感會加劇振蕩，肖特基二極管效果有限。
所以需要注意的是肖特基二極管接在驅(qū)動器輸出和VCC/GND之間，鉗位的是驅(qū)動器電壓，不是MOSFET的Vgs。真正的Vgs振鈴需要用齊納二極管跨接在柵源之間，鉗位到安全值，比如15V，比如下圖：
Part 04、總結(jié)
1.高側(cè)NPN+低側(cè)NPN的推挽輸出，上下拉對稱，減少單向電流導(dǎo)致的振蕩。
2.RGATE值要折中：太小振蕩嚴(yán)重，太大開關(guān)慢。10-20Ω是常見值?？梢杂?a class="article-link" target="_blank" href="/baike/491602.html">示波器看Vgs波形，振鈴超10%就調(diào)RGATE。
3.在MOSFET柵源間并聯(lián)一個12V或15V齊納二極管，限制Vgs振鈴。注意齊納二極管反向漏電流要考慮，選低漏型。
4.IC到MOSFET的走線越短越好，寄生電感Lsource降下來。10cm走線電感約50nH，縮短到2cm，電感降到10nH，振蕩頻率翻倍，能量減小。
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