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发表于 2019-5-7 09:52:18
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关于电赛公开课
《模拟电路基础知识讲座》由 TI 邀请青岛大学傅强老师录制，深入浅出的介绍了模拟电路及电源相关的基础知识，帮助大家由浅入深地了解产品，更轻松的进行产品的选型和设计。
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本节文字课程相关视频：
1. MOSFET的驱动
2. MOSFET栅极驱动的振荡现象
1 MOSFET 的驱动
MOSFET 的驱动属于电力电力技术的范畴。初学者容易走两个极端：
1) 想当然的以为 MOSFET 处于开关状态，开关波形完美的和控制信号一致。
2) 不管什么情况，都找最贵最好的专用驱动芯片来驱动 MOSFET。
任何电力电子开关的驱动能力是否足够，最简单的办法就是搭建如图1所示的测试电路，用示波器去看UGS和ID的波形是否完美。驱动 MOSFET 多大的电流就够了呢？这不仅与 MOSFET 本身有关，还和电路的开关频率有关。
1) 如图1所示，开关频率1MHz，驱动内阻200Ω，漏极电流ID还未上升到最大值就开始下降，开关从未达到完全导通（完全导通时，ID应接近100mA）。
2) 如图2所示，开关频率仍为1MHz，但驱动内阻减小到10Ω，漏极电流ID基本能保持是方波。但是已经可以看出，ID关断“拖尾”电流时间所占周期的比例已很明显，这意味着即使驱动电流极大，开关频率也是有上限的。
3) 如图3所示，开关频率减为100kHz，驱动内阻改回200Ω，漏极电流ID基本也维持较好的方波。如果不考虑开关损耗、延迟响应等其他因素，这样的驱动也认为是合格的。注意UGS的波形，并不是完美方波，不仅有上升下降斜率，可以看到明显的密勒平台。
2 MOSFET 栅极驱动的振荡现象
是不是栅极驱动电流越大越好，也就是驱动电路的内阻越小越好呢？这也可能带来问题。如图4所示，对驱动电路进行定量仿真：
1) VG1为500kHz幅值2.5V方波，与2.5V直流电压V2一起构成方波驱动电路。
2) R1代表驱动电路内阻，L1代表引线寄生电感，C1模拟 MOSFET 的栅极电容。
3) 图1中瞬时仿真波形的起止时间设为1.5us至4us，可以看出栅极电压UGS产生了明显的振荡。
4) 振荡带来的危害可能是致命的，因为此时 MOSFET 的工作状态不再是只有彻底开通或彻底关断两个状态，而会反复进入高阻导通状态，进而由于高损耗发热烧毁。
振荡产生的原因非常简单，这就是RLC电路的欠阻尼振荡。
1) 导线电感一定存在，所以栅极驱动电路实际是一个RLC电路。
2) 理论计算表明，当
时，称为欠阻尼，振荡一定会发生。有了理论武器的指导，解决问题的方法很简单，使得
即可消除栅极振荡。
3) 如图5所示，将R1改为70Ω以后，振荡消失。
4) 增加电阻会削弱驱动能力（电流），所以好的驱动电路首先应该尽量减小引线寄生电感。当电感无可减小时，才采用增加电阻的挖肉补疮方法。
阻尼的概念在现实生活中也普遍存在，举几个例子帮助大家理解阻尼振荡原理：
1) 在空气和水中，拉起的单摆一定会摆过最低点，产生振荡。但是，如果单摆处于极其粘稠的油中，还会振荡吗？这就是过阻尼。
2) 我们如果简单用弹簧接在门上做闭门器，那么松手关门时，门一定会重重的撞上门框，这就是欠阻尼振荡。好的闭门器应该做成临界阻尼状态，即不会“欠阻尼”撞击门框，也不会像在“极其粘稠的油”里那样长时间才能关上门。
最后，需要强调的一点是 MOSFET 栅极驱动电压一般在±15V之间，太大太小都不行。
1) 栅极驱动电压必须足以完全开通 MOSFET，否则 MOSFET 将等效为一个阻值很大的电阻，其损耗发热短时间内便会烧毁 MOSFET。
2) 栅极驱动提供关断负电压可以帮助迅速关断 MOSFET，但无论是驱动正压还是负压都不能超过±20V极限值，否则栅源极之间的二氧化硅绝缘层将会击穿。
欢迎大家留言作答以下题目，答案将在下期公开课公布。在答案公布前作答正确的同学，还将获得5枚赫兹币奖励哦~
课后问答：
选择题：
1、MOSFET 开关频率与驱动电流的关系是？
A.频率越高，所需驱动电流越大
B.频率越高，所需驱动电流越小
2、对于 MOSFET 驱动电压的描述正确的是？
A.MOSFET 驱动电压高电平一定要高于门限电压
B.驱动电压幅值越高越好
C.驱动电压只能在一个范围
3、MOSFET 栅极驱动振荡的危害有哪些？
A.降低开关耐压
B.降低开关耐流
C.增加开关损耗
D.延长开关时间
4、消除 MOSFET 栅极驱动振荡的手段有？
A.减小栅极电阻
B.减小栅极驱动回路的电感
C.增加栅极电阻
参考答案：
1 A
2 AC
3 CD
4 BC
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