使用低側柵極驅動(dòng)器驅動(dòng)MOSFET在照明、功率轉換、電磁閥驅動(dòng)、電機控制和其他負載應用的地電壓不穩的系統中很常見(jiàn)。柵極驅動(dòng)器能設計為可提供能高效驅動(dòng)所需的高峰值電流。許多HVIC（高電壓IC）設備用來(lái)驅動(dòng)半橋拓撲應用，因此包括一個(gè)低側柵極驅動(dòng)器。為大多數應用設計并選擇低端柵極驅動(dòng)器很簡(jiǎn)單，只需基本了解驅動(dòng)它們所需的功率MOSFET管的基本特征和驅動(dòng)所需信號即可。盡管照明和阻性發(fā)熱等阻性負載可能在應用中占少數，但為簡(jiǎn)潔性本文以驅動(dòng)純阻性負載為列來(lái)做說(shuō)明。
MOSFET的柵極電荷基本特性
MOSFET的柵極電荷參數反映了正常工作時(shí)區域的工作狀況。飛兆AN-7502功率MOSFET開(kāi)關(guān)波形深入解釋了MOSFET在不同應用中相對應的不同區域。
在選擇合適大小的柵極驅動(dòng)器時(shí)，與輸出電流能力的相關(guān)的MOSFET參數主要包括：
Qg(th) – 達到閾值電壓所需的柵極電荷
Qgs2 – 從閾值電壓到平臺電壓所需的柵極電荷
Qg(tot) – 達到徹底“導通”電壓的總柵極電荷
在圖1a中，Pspice模型中的1mA恒流源用于幫助創(chuàng )建帶阻性負載時(shí)導通期間典型柵極波形（圖1b）的曲線(xiàn)。柵極電荷與顯示的時(shí)間軸成正比，比例系數為0.001?？蔀榱己媒５娜魏蜯OSFET輕松創(chuàng )建類(lèi)似設備特定的曲線(xiàn)。
在區域I中，柵極電壓上升至Vth（柵極閾值電壓），然后MOSFET開(kāi)始導通。區域I結束時(shí)的柵極電荷為Qg(th)。
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在區域II中，柵極電壓上升至平臺區，漏極電壓達到Vdk（漏極膝點(diǎn)電壓）標志來(lái)到這一區域，同時(shí)漏極電流的上升斜率(dI/dt)顯著(zhù)減小。在區域II中，不僅柵極驅動(dòng)電路驅動(dòng)柵極，而且源極電感和漏極至柵極的電容提供負反饋影響柵極的驅動(dòng)。源極電感主要由MOSFET的綁定線(xiàn)（bond wires）和封裝引腳構成。實(shí)際使用中，此區域可能表現為高速振鈴。新的無(wú)引線(xiàn)MOSFET封裝往往具有更低的寄生電感，因此自電流快速變化帶來(lái)的影響也更小。區域II結束時(shí)的柵極電荷為Qg(th) + Qgs2。
在區域III或稱(chēng)柵極平臺區（米勒平臺）域中，漏極的dV/dt減小。漏極電流的dI/dt也相應減小。注意電壓和電流波形中的膝點(diǎn)Vdk和Idk。在區域III中，柵極電荷增加，但柵極電壓幾乎不變，直到器件達到完全導通狀態(tài)。區域III結束時(shí)的柵極電荷通常不由制造商標出。
在區域IV中，也就是在柵極平臺區后，增大柵極電壓將繼續降低導通電阻Rds（漏極至源極電阻）。在特定柵極電壓和環(huán)境溫度下達到已知Rds點(diǎn)所需的柵極電荷標為Qg(tot)。對于標準柵極器件來(lái)說(shuō)，這通常為10V，而對于邏輯電平器件來(lái)說(shuō)，為4.5至5V。用于特定低電壓開(kāi)關(guān)應用中具有較低閾值的MOSFET的柵極電壓則有所不同。
如Rds（漏極至源極電阻） 和Vth （柵極閾值電壓）等MOSFET的參數將隨溫度而變化，這在大多數設計中都很重要。但是，柵極電荷參數不那么依賴(lài)半導體工藝處理，而更多地與裸片幾何尺寸相關(guān)，因此具有最小的溫度變化影響。
初始設計考量
通常，設計人員需要先確定最小柵極驅動(dòng)輸出要求。柵極驅動(dòng)電路必須能夠在一段既定的時(shí)間內提供所需的Qg(tot)。其次，必須減少區域II和III上的轉換時(shí)間以最大程度地減少開(kāi)關(guān)損耗。
柵極驅動(dòng)器標出了多個(gè)參數，以幫助設計人員根據這些要求確定驅動(dòng)器的大小。在固定容性負載下，吸入Isink和輸出Isource電流能力在對應Vdd/2或中值電壓點(diǎn)時(shí)標出。同樣標有上升和下降時(shí)間。在某些情況下，負載特性可能需要不同的導通和關(guān)斷能力。盡管MOSFET的Vth通常比用于驅動(dòng)柵極的Vdd小，柵極Rg上的電壓在關(guān)斷期間的柵極平臺區較低。因此， 許多低側柵極驅動(dòng)器為比高側驅動(dòng)器設計得有更強的的電流能力來(lái)補償Rg上電壓的降低帶來(lái)的影響。
額定電流值是柵極驅動(dòng)器選擇中的主要參數。實(shí)際上，柵極驅動(dòng)器系列通常用額定電流值來(lái)區分。飛兆提供1、2、4和9A的低電壓系列。
第二重要的因素包括在多通道器件中的傳導延遲，傳導匹配柵極驅動(dòng)器的輸出驅動(dòng)能力也受到裸片和封裝的總熱耗散能力搜限制，同時(shí)也受到開(kāi)關(guān)頻率的影響。
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