MOSFET栅极驱动电路设计注意事项
内容提要
本文介绍了保护MOSFET栅极尖峰电压的措施，包括添加齐纳二极管和选择最佳的栅极电阻器。同时，还介绍了防止栅极故障的方法，如添加电容器和使用米勒箝位电路。最后，通过实验验证了这些措施的有效性。
延伸解读
栅极电阻选型需权衡开关速度与电压尖峰
栅极电阻值直接影响MOSFET的开关速度和开关损耗。增大电阻会降低开关速度并增加损耗，减小电阻虽能提高速度，但可能因线路杂散电感等因素在漏源之间产生尖峰电压。因此需要选择最佳电阻值，有时还会针对开通和关断使用不同的电阻，以分别优化两种过程。
自开通现象的机理与关键参数
自开通源于漏栅电容的寄生耦合。关断后漏源间出现陡峭的dv/dt，产生电流iDG=Cgd·dVDS/dt流经栅极电阻，抬升栅极电压。若该电压超过阈值，MOSFET就会误开通。在二极管反向恢复期间对关断管施加快速电压变化时，同样可能触发自开通。
抑制自开通的两种电路方案对比
在栅源间添加电容器可吸收dv/dt产生的漏栅电流，降低栅极电压，但会增大栅极电荷和驱动功率，且需重新调整电容与栅极电阻以维持开关速度。米勒箝位电路则通过比较器控制另一个MOSFET短路栅源，抑制栅极电压升高，但需要负电源将关断电压驱动到负值。
实验验证与调整要点
文章通过测试电路模拟了自开通现象，仅改变Q1的栅极电阻R4即触发了误开通。在栅源间添加电容器后，自开通电压明显降低。但添加电容会改变MOSFET的开关时间，因此需要同步调整电容值和栅极电阻，以保持预期的开关性能。
Q&A
如何防止MOSFET栅极尖峰电压和静电放电？
可以在MOSFET的栅极和源极之间加入一个外部齐纳二极管，但需要注意这可能会对齐纳二极管的电容产生轻微的负面影响。
如何选择最佳的MOSFET栅极电阻器？
增大栅极电阻器值会降低MOSFET的开关速度并增大开关损耗；减小栅极电阻器值会增大开关速度，但可能因线路杂散电感等因素在漏源之间产生尖峰电压。因此必须选择最佳的栅极电阻器，有时会使用不同的栅极电阻器来分别控制开通和关断。
MOSFET自开通现象是如何产生的？
MOSFET的漏栅电容会导致寄生开通（自开通）现象。关断后，源极和漏极之间形成陡峭的dv/dt，产生的电流经由漏栅电容流到栅极，导致栅极电阻器中发生电压降，提高栅极电压。如果dv/dt斜率极为陡峭，则根据栅源电容与栅漏电容的比率为栅极施加电压，可能发生自开通。
防止MOSFET自开通有哪些方法？
有三种方法：1. 在栅极和源极之间添加一个电容器，吸收因dv/dt产生的漏栅电流；2. 使用米勒箝位电路，通过开关器件使栅极和源极之间短路；3. 将关断栅极电压驱动到负值，避免其超过Vth，但需要负电源。
米勒箝位电路是如何工作的？
米勒箝位电路利用开关器件使MOSFET的栅极与源极之间的通路发生短路。通过在相关MOSFET的栅极和源极之间添加另一个MOSFET来实现短路。如果电压降至预定义电压以下（低于米勒电压），则通过比较器提供逻辑高，开通栅极和源极之间的MOSFET，使输出MOSFET的栅源通路发生短路，并抑制通过反馈电容器Crss和栅极电阻器的电流导致的栅极电压升高。
在栅极和源极之间添加电容器有什么效果？
在栅极和源极之间添加电容器会吸收因dv/dt产生的漏栅电流，从而降低栅极电阻器产生的栅极电压，降低自开通电压。但栅源电容器与Cgs在MOSFET内部并联连接，因此栅极电荷会增加。如果栅极电压固定，可以通过改变栅极电阻器值来保持MOSFET的开关速度不变，但这样会增大消耗的驱动功率。
