[讨论] 浅析MOSFET驱动注意事项

在低电压（100V以下）驱动应用中，多使用MOSFET作为功率转换器件。随着电压的提高，MOSFET的优势也随着不明显，所以在高压的应用场合，多使用IGBT作为功能器件，该类器件的耐压可以做得较高，结合了FET和三极管的优点，它的导通电阻和开关速度不比MOSFET，所以器件本身的导通损耗和开关损耗都比较大，一般需要另加散热装置。

MOSFET和IGBT的驱动电路很相似，故下文以MOSFET作为示例，介绍在电机控制中，MOSFET驱动电路中各个元件的用途，因描述内容来源于实际工程应用，故不会对相关知识作刨根式描述，是以实用为主，公式或理论上的描述等请自行查看相关资料。

驱动MOSFET，可以选用专用MOSFET驱动IC完成电平转换和驱动。因为MOSFET的栅-源极之间存在寄生电容，MOSFET的开和关过程，是对电容的充放电过程，如果MOSFET的驱动电路不能提供足够的峰值电流（如1A的输入/输出电流），则会降低MOSFET的开关速度。另一方面，驱动桥臂的上半桥的N沟道管……

如下图，是应用MOSFET驱动IC驱动由两个MOSFET搭建的半桥。

易注意到：在MOSFET的栅极和驱动IC的输出之间串联了一个电阻。这个电阻称为“栅极电阻”，取值一般为10~100欧姆不等，其作用是调节MOSFET的开关速度，减少栅极出现的振铃现象，减小EMI，也可以对栅极电容充放电的限流作用。

由于驱动器和MOSFET栅极之间的引线、地回路的引线等所产生的电感，和IC和FET内部的寄生电感，在开启时会在MOSFET栅极出现振铃，这是设计者不愿意得到的，一方面增加MOSFET的开关损耗，同时EMC方面不好控制。

栅极电阻的引入虽然影响了MOSFET的开关速度，但得到可靠的栅极波形和减少EMI。两者之间的平衡点视实际应用而定。

因特性决定，MOSFET的关断速度比开启速度慢，并大多应用希望MOSFET的关断速度要尽量快，所以对以上电路，要求改善电路的关断速度，可使用如下图之电路进行改善：

如上图，引入了二极管，当需要关闭MOSFET时，栅极寄生电容放电时，栅极电阻被二极管短路，所以电流不经过栅极电阻，相当于在关闭时栅极电阻不存在，这样缩短了栅极寄生电容的放电时间，即提高了MOSFET的关断速度。二极管使用一般的型号即可应付。

对于要求更高速的应用，会使用有源主动放电，电机应用中一般不使用，这里不作介绍。

如下电路图，在上图的基础上，在半桥的浮地引入一只电阻R3。

这个电阻一方面可以设置MOSFET的开、关速度，另一方面，由于电机的线圈为感性负载，在浮地端可能会出现负电压，R3的引入可以作限流作用，从而保护MOSFET驱动IC的VS端。

因此电阻会同时降低MOSFET的开关速度，故其取值不宜太大。

如上所述，电机驱动应用中，电机线圈是感性负载，在VS端可能会出现负电压，这可能使自举电容充电时超过了+15V。

为了防止以上的情况发生，出于保护MOSFET驱动IC的目的，再次引入一只二极管，用于对VS端电压的钳位。

由于MOSFET为电压敏感器件，如在上电时，MOSFET可能出有效电压，使MOSFET意外地导通，这也是设计者不愿意看到的。

R4和R5的引入相当于一个下拉电阻，使在驱动电路没有电流输出时，保证MOSFET的Ugs的电压为0，确保MOSFET被关断。

MOSFET的栅-源极电压一般不能承受太高的电压（一般是20V以下），如下电路图所示，在MOSFET的栅极引入电压钳位器件，用于保护MOSFET。

以上是电机驱动器的常用电机驱动电路的应用笔记，其中的观点存在不妥甚至错误在所难免，但我们尽量减少这样的失误。如果存在这样的情况请联系我们。

不同的应用，部分器件的取舍、器件的选择等有所不同，只有理解电路中每个元件的作用，才能设计出合理的电路，达到设计的最优。除了器件，线路板（PCB）的布局、布线也应得到重视。