2031
Part 01、前言
下圖是一個簡潔的柵極驅(qū)動電路，包含一個驅(qū)動器IC、柵極電阻RGATE、反向并聯(lián)的關(guān)斷二極管DOFF，以及MOSFET。在MOSFET驅(qū)動電路的設(shè)計中，柵極電阻RGATE和反向并聯(lián)二極管DOFF是兩個關(guān)鍵元件，它們共同調(diào)控MOSFET的開關(guān)行為。RGATE負責(zé)調(diào)整開通速度，而DOFF通過分流機制加速MOSFET的關(guān)斷過程。然而，二極管的作用也比較有限，接下來就分析以下二極管的作用機制以及如何優(yōu)化。
Part 02、柵極電阻以及二極管分析
1.RGATE：調(diào)控MOSFET開通速度
RGATE串聯(lián)在驅(qū)動器輸出與MOSFET柵極之間，通過限制驅(qū)動電流Ig來調(diào)整MOSFET的開通速度。驅(qū)動電流的近似表達式為：
Ig ≈ (VDRV - Vgs(th)) / RGATE
其中，VDRV為驅(qū)動電壓，Vgs(th)為MOSFET的導(dǎo)通閾值電壓。RGATE的大小直接影響開通時間：
小RGATE（如5Ω以下）：驅(qū)動電流大，柵極電容Cgs充電快，MOSFET迅速導(dǎo)通，但可能引發(fā)振蕩或電磁干擾。
大RGATE（如50Ω以上）：電流受限，充電變慢，開通時間延長，導(dǎo)致開關(guān)損耗增加。
在實際設(shè)計中，RGATE的選擇需權(quán)衡速度與穩(wěn)定性。例如，在100kHz-1MHz的PWM應(yīng)用中，10-20Ω通常是個合理的范圍，既保證了效率，又避免了過激的開關(guān)行為。
2. DOFF：關(guān)斷過程中的分流加速
DOFF反向并聯(lián)二極管在MOSFET關(guān)斷時登場，通過為柵極電容Cgs的放電提供低阻抗路徑，加速關(guān)斷過程。它的作用依賴于柵極電流Ig，只有當Ig超過一定閾值時，二極管才會導(dǎo)通。這一閾值由下式給出：
Ig > Vd_FWD / RGATE
其中，Vd_FWD為二極管的正向壓降。
二極管的選型不同對電路的影響也不同，比如我們采用以下兩種二極管進行對比：
1N4148（快恢復(fù)二極管）：Vd_FWD ≈ 0.7V。若RGATE = 4.7Ω，則Ig > 0.7 / 4.7 ≈ 150mA。
BAS40（肖特基二極管）：Vd_FWD ≈ 0.3V。同樣的RGATE下，Ig > 0.3 / 4.7 ≈ 64mA。
DOFF的工作機制很簡單：關(guān)斷時，驅(qū)動器將柵極拉低，DOFF導(dǎo)通，分流部分電流，從而縮短關(guān)斷延遲時間。然而，隨著柵源電壓Vgs接近0V，Ig逐漸減小，二極管的作用隨之減弱，最終幾乎不起作用。
3. DOFF的局限性分析
盡管DOFF能顯著減少MOSFET的關(guān)斷延遲時間，但其效果并非“包治百病”，存在局限性：效果隨Vgs減小而衰減：在關(guān)斷后期，Ig低于導(dǎo)通閾值，DOFF形同虛設(shè)，關(guān)斷速度仍由RGATE和驅(qū)動器決定。DOFF僅優(yōu)化了關(guān)斷初期的延遲，對整個開關(guān)周期（開通+關(guān)斷）的改進不夠顯著。
二極管優(yōu)先選用BAS40，其低正向壓降（0.3V）比1N4148（0.7V）更易導(dǎo)通，加速效果更佳。同時可以選擇下拉電流能力強的驅(qū)動器，在PCB布局時將DOFF盡量靠近MOSFET柵極，減少寄生電感，確保分流路徑高效。
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