【導讀】隨著(zhù)MOSFET技術(shù)和硅工藝種類(lèi)增多，選擇一款合適的MOSFET驅動(dòng)器成為一個(gè)具有挑戰性的過(guò)程。而針對應用選擇正確的MOSFET驅動(dòng)器，需要對與MOSFET柵極電荷和工作頻率相關(guān)的功耗有透徹的理解。學(xué)習了本文，相信一定能夠為你的設計選擇最合適的MOSFET驅動(dòng)器。
從功能上講，MOSFET驅動(dòng)器將邏輯信號轉變成較高的電壓和電流，以很短的響應時(shí)間驅動(dòng)MOSFET柵極的開(kāi)和關(guān)。例如，使用MOSFET驅動(dòng)器可以將一個(gè)5V、低電流的單片機輸出信號轉變成一個(gè)18V、幾安培的驅動(dòng)信號來(lái)作為功率MOSFET的輸入。
針對應用選擇正確的MOSFET驅動(dòng)器，需要對與MOSFET柵極電荷和工作頻率相關(guān)的功耗有透徹的理解。例如，不管柵極電壓的轉變快或慢，MOSFET柵極充電或放電時(shí)所需的能量是相同的。
MOSFET驅動(dòng)器的功耗性能由以下三個(gè)關(guān)鍵因素決定：
1 MOSFET柵極電容的充電和放電引起的功耗；
2 MOSFET驅動(dòng)器靜態(tài)電流引起的功耗；
3 MOSFET驅動(dòng)器內的交越導通（直通）電流引起的功耗。
由MOSFET柵極電容的充電和放電引起的功耗是最重要的，特別是當開(kāi)關(guān)頻率較低時(shí)。功耗由式(1)計算得出。其中，Cg是MOSFET的柵極電容；Vdd是MOSFET驅動(dòng)器的工作電壓（V）；F是開(kāi)關(guān)頻率。
峰值驅動(dòng)電流的重要性
除了功耗，設計人員必須理解MOSFET驅動(dòng)器要求的峰值驅動(dòng)電流和相關(guān)的開(kāi)關(guān)時(shí)間。在某一應用中，MOSFET 驅動(dòng)器和MOSFET的匹配由該應用要求的功率MOSFET的開(kāi)關(guān)速度決定。在任何應用中，最理想的上升或下降時(shí)間基于多方面的要求，如電磁干擾（EMI）、開(kāi)關(guān)損耗、引線(xiàn)/電路感應系數和開(kāi)關(guān)頻率。柵極電容、轉變時(shí)間和MOSFET驅動(dòng)器的額定電流之間的關(guān)系由式(2)表示：其中，dT是開(kāi)／關(guān)時(shí)間；dV是柵極電壓；C是柵極電容；I是MOSFET峰值驅動(dòng)電流。
MOSFET柵極總電容完全可以由柵極總電荷（QG）決定。柵極電荷QG由式(3)得出：
最后得出I=QG/dT。在這種方法中，假定電流是恒定的。有一個(gè)不錯的經(jīng)驗是：電流的平均值等于MOSFET驅動(dòng)器額定峰值電流的二分之一。
MOSFET驅動(dòng)器的功率由驅動(dòng)器的輸出峰值電流驅動(dòng)能力決定。額定峰值電流通常是相對最大偏壓而言的。這就是說(shuō)，如果使用的MOSFET驅動(dòng)器的偏壓較低，那么它的峰值電流驅動(dòng)能力也將被削弱。
例如，所需的MOSFET峰值驅動(dòng)電流可通過(guò)以下供應商數據手冊中的設計參數計算得出。MOSFET柵極電荷為20nC（Q），MOSFET柵極電壓為12V（dV），開(kāi)/關(guān)時(shí)間為40ns（dT），可得I=0.5A。
設計人員還可采用另外一種方法來(lái)選擇合適的MOSFET驅動(dòng)器，即時(shí)間恒定法。在這種方法中，用到了MOSFET驅動(dòng)器電阻、任何一個(gè)外部柵極電阻和集中電容。
這里，Rdriver是輸出驅動(dòng)器級的導通電阻（RDS-ON）；Rgate是驅動(dòng)器和MOSFET柵極間任何一個(gè)外部柵極電阻；Ctotal是柵極總電容；TC是時(shí)間常數的值。例如，
當式(4)表示一個(gè)R-C時(shí)間常數時(shí)，采用TC為3意味著(zhù)充電后，電容充電量達到充電電壓的95%。在柵極電壓達到6V時(shí)，大多數的MOSFET完全處于“開(kāi)”的狀態(tài)?；诖?，TC值為1時(shí)（即充電量達到充電電壓的63%時(shí)）可能就滿(mǎn)足應用需求了，并且允許使用額定電流更低的驅動(dòng)器IC。
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電機控制應用中的MOSFET驅動(dòng)器選擇
讓我們來(lái)設計一個(gè)示例，即為電機控制應用選擇一個(gè)MOSFET驅動(dòng)器，在電機控制應用中，電機的速度和旋轉方向是變化的。該應用要求用于電機的電壓是可調的。通常，電機類(lèi)型、功率開(kāi)關(guān)拓撲和功率開(kāi)關(guān)元件將指定必需的柵極驅動(dòng)電路以實(shí)現這種要求。
第一步是為該應用選擇正確的功率開(kāi)關(guān)元件，它由被驅動(dòng)電機的額定功率來(lái)決定。一個(gè)需要考慮的重要參數是啟動(dòng)電流值，它的值最高可以達到穩態(tài)工作電流值的3倍。
在電機驅動(dòng)應用中，主要有兩種功率開(kāi)關(guān)元件可供選擇——MOSFET和IGBT。如果選擇MOSFET，那么就可以得出柵極驅動(dòng)應用中MOSFET驅動(dòng)器的額定功率。
如圖1所示，器件的輸入級把輸入的低電壓信號轉化成電壓覆蓋全范圍（GND到Vdd）的信號。MOSFET Q1和Q2代表的是MOSFET驅動(dòng)器的上拉和下拉輸出驅動(dòng)器級。將MOSFET驅動(dòng)器的輸出級看作MOSFET的一個(gè)推挽對，就容易理解它是如何工作的。
圖1：MOSFET驅動(dòng)器示例的電路框圖
當電機被驅動(dòng)時(shí)，功率開(kāi)關(guān)元件和柵極驅動(dòng)電路是已知的，可以根據上面的公式(4)或公式(5)來(lái)選擇MOSFET。
使用電子數據表選擇MOSFET驅動(dòng)器
當選定MOSFET后，可以使用由供應商提供的電子數據表來(lái)選擇一個(gè)合適的MOSFET驅動(dòng)器，這種便于使用的工具能快速地確定MOSFET驅動(dòng)器所需峰值電流。
首先，選擇一個(gè)MOSFET，并將它的數據手冊放在手邊?，F在，在正確的框中填入輸入條件的值，例如MOSFET的源漏電壓（Vds）、MOSFET的柵源電壓（Vgs）、MOSFET驅動(dòng)器電壓（Vdd）、開(kāi)關(guān)頻率、占空比、預估的上升時(shí)間（tr）和柵極總電荷（QG）。于是就能計算出MOSFET驅動(dòng)器的峰值輸出電流IPK。根據IPK的值就能確定合適的、具有成本效益的MOSFET驅動(dòng)器。選定MOSFET驅動(dòng)器后，工具能夠計算出器件的功耗和允許的最大工作環(huán)境溫度，此處假定熱損耗不計。
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