1.0 MOS 驱动电流的计算方法

MOS 管在开关时,驱动电路主要是给栅极充放电。栅极电流不是用来维持电流,而是用来克服电容的充放电需求,尤其是总栅极电荷 Qg。

1.0.1 驱动电流计算

驱动电流估算公式如下:
I_drive = Qg × f_sw(Qg:总栅极电荷(单位:nC)——数据手册中可查 f_sw:开关频率)


假设一个MOS管的数据手册上写着:
①、Qg = 50nC ( 在 Vgs = 10V 条件下 );
②、f_sw = 900kHz;
则所需的平均驱动电流为:I_drive = 50nC × 900kHz = 45mA。但这只是平均电流,实际上是脉冲电流。因为MOS管开关时电流是突发性的。
更严谨的设计,会参考峰值栅极电流:I_peak = C_iss × ( dV / dt )
或者直接从驱动时间考虑:I_drive = Qg / t_rise
比如:希望 50nC 的栅极电荷在 50ns 内完成:I_drive = 50nC / 50ns = 1A。所以你会看到很多驱动芯片能提供 1~4A 峰值电流,就是为了在几十纳秒内快速推动Qg。

1.1 驱动电流太小 or 太大的影响

驱动电流 影响
太小 栅极充放电慢,导致MOS在“线性区”停留时间变长,开关损耗大,器件发热大,效率低,甚至烧毁
太大 可能产生过冲、振铃严重,PCB布线电感影响大,EMI增加,栅极易被击穿,驱动芯片超载

所以:驱动电流不是越大越好,而是需要合适匹配Qg 和开关速度,还要考虑电路的阻尼和EMI设计。

1.2 如何在数据手册上查找相关信息

打开MOS管的数据手册,重点看以下几个参数:

参数名 意义
Qg (Total Gate Charge) MOS完全导通所需的电荷(nC)
Qgs / Qgd 栅源、栅漏之间的电荷,对开关速度影响大
C_iss / C_gs 输入电容,和Qg有关
Vgs(th) 栅源阈值电压
Rds(on) 导通电阻,不直接影响驱动但影响发热

总结一句话:
①、驱动电流 = Qg / t_sw 或 Qg × f_sw
②、既要足够大保证快速开关,避免损耗;也要不过大避免震荡和EMI,适配驱动芯片输出能力

1.3 举例

一款4A的灌电流的栅极驱动芯片:3.7A 输出拉电流、4.5A 输出灌电流

在这里插入图片描述
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1.4 低寄生电容的MOS:

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1.4.1 MOS的导通特性

MOS的导通受到寄生电容的影响 ( 画一下MOSFET的开关过程 ):

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1.5 原作者

【作者】: MOS的驱动电流怎么计算?
【微芯】: 低边MOSFET驱动器培训教程

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