在EMC中 MOSFET 柵極驅(qū)動電路常見類型

在電子設(shè)備的設(shè)計中，電磁兼容（EMC）是確保設(shè)備穩(wěn)定可靠運行的關(guān)鍵因素。功率 MOSFET 作為電子電路中的重要元件，其柵極驅(qū)動電路的設(shè)計與電磁兼容密切相關(guān)。由于 MOS 管的應(yīng)用場景多樣，因此產(chǎn)生了多種類型的驅(qū)動電路，這些電路在電磁兼容性方面各有優(yōu)劣。下面我們就來詳細(xì)了解一下幾種常見的 MOSFET 柵極驅(qū)動電路。

1.IC 直接驅(qū)動型

電源控制 IC 直接驅(qū)動是最為常見且簡單的驅(qū)動方式。在電磁兼容的范疇內(nèi)，這種方式雖然具備電路簡單、成本低廉的優(yōu)點，但也存在諸多不容忽視的問題。不同的電源控制 IC 驅(qū)動電流各不相同，如果 IC 無法提供足夠的峰值驅(qū)動電流，MOSFET 的開啟速度將會變慢；而當(dāng)驅(qū)動能力不足時，上升沿可能出現(xiàn)高頻振蕩現(xiàn)象，這無疑會對電磁環(huán)境產(chǎn)生干擾，影響整個系統(tǒng)的電磁兼容性（EMC）。此外，該驅(qū)動方式還存在電流反灌的風(fēng)險，過大的驅(qū)動 IC 引腳負(fù)壓可能導(dǎo)致驅(qū)動 IC 損壞。同時，驅(qū)動能力受限于驅(qū)動 IC，會造成驅(qū)動 IC 的損耗增大、發(fā)熱嚴(yán)重。充放電電流均流經(jīng)驅(qū)動 IC，較長的驅(qū)動信號線容易耦合外部噪聲，進(jìn)而干擾驅(qū)動 IC 內(nèi)部的邏輯電路和時鐘電路，導(dǎo)致工作狀態(tài)異常，嚴(yán)重威脅到系統(tǒng)的電磁兼容性。

2.推挽輸出電路增強驅(qū)動型

推挽驅(qū)動電路在電磁兼容設(shè)計中扮演著重要角色，其主要作用是增加驅(qū)動峰值電流，從而快速完成柵極電容的充放電過程。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)能夠有效減小 MOSFET 的開關(guān)時間，使其快速開通與關(guān)斷，但同時也可能引發(fā)驅(qū)動振蕩，對電磁環(huán)境產(chǎn)生一定影響。從電磁兼容的角度來看，驅(qū)動器件可以靠近 MOS 管放置，這有助于減小寄生電感，對提升電磁兼容性具有積極意義。推挽輸出驅(qū)動自身帶有兩個 PN 結(jié)保護(hù)，可防止反向破壞，對 IC 驅(qū)動能力的要求相對較低，IC 驅(qū)動損耗也較小。然而，該電路存在器件較多的問題，驅(qū)動電壓需要從 VCC 引入，并且需要加入反相電路的圖騰柱，這使得驅(qū)動的 di/dt 增大，對 IC 的邏輯干擾增強，在電磁兼容設(shè)計時需要重點關(guān)注這些因素。

3.二極管關(guān)斷加速驅(qū)動型

在電磁兼容的考量下，二極管關(guān)斷加速驅(qū)動電路具有開啟和關(guān)斷可獨立調(diào)節(jié)的特點，電路結(jié)構(gòu)相對簡單。不過，隨著 VGS 電壓的降低，二極管的作用逐漸減弱，僅在 Turn Off Delay Time 階段表現(xiàn)較為明顯。此外，放電電流流經(jīng)驅(qū)動芯片會導(dǎo)致其發(fā)熱，較大的寄生電感也會對電磁兼容性產(chǎn)生一定影響。因此，這種驅(qū)動電路主要應(yīng)用于小功率開關(guān)電源電路，且在驅(qū)動 IC 發(fā)熱較小的情況下，以確保電磁兼容性（EMC）滿足要求。

4.三極管關(guān)斷加速驅(qū)動型

三極管關(guān)斷加速驅(qū)動電路在電磁兼容環(huán)境中具有獨特的優(yōu)勢，其開啟和關(guān)斷速度均可獨立調(diào)節(jié)，且關(guān)斷速度較快，驅(qū)動環(huán)路的寄生電感影響相對較小。然而，當(dāng)泄放三極管基極電阻及 R3過小時，若 Q1的B值過大，需要防止瞬態(tài)飽和電流超過三極管的電流應(yīng)力，同時要警惕關(guān)斷過快引發(fā)的振蕩問題，這些振蕩可能會成為電磁干擾源，影響系統(tǒng)的電磁兼容性。為解決這一問題，泄放三極管 BE 間需并聯(lián)二極管進(jìn)行電壓箝位。該電路主要應(yīng)用于較大功率開關(guān)電源，特別是在橋式開關(guān)電源中，需要嚴(yán)格控制泄放速度，過快可能導(dǎo)致振蕩，過慢則可能引發(fā)二次開通問題，這兩種情況都會對電磁環(huán)境造成不良影響。

5.變壓器加速關(guān)斷驅(qū)動電路

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在電磁兼容設(shè)計中，變壓器加速關(guān)斷驅(qū)動電路具有重要意義。為滿足驅(qū)動高邊 MOS 管的需求，通常會采用變壓器驅(qū)動方式，這不僅能夠?qū)崿F(xiàn)驅(qū)動功能，還可用于安全隔離，是電磁兼容設(shè)計中的一種有效手段。使用 R1 電阻的目的在于抑制 PCB 板上的寄生電感與 C1 形成 LC 振蕩，其設(shè)計原理是隔離直流、通過交流，同時防止磁芯飽和，這些措施都是為了確保整個電路的電磁兼容性（EMC），減少電磁干擾，保障系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

綜上所述，在設(shè)計 MOSFET 柵極驅(qū)動電路時，必須充分考慮電磁兼容（EMC）因素，精心選擇合適的驅(qū)動電路類型，并采取相應(yīng)的措施來優(yōu)化電磁兼容性，以確保電子設(shè)備能夠穩(wěn)定可靠地運行。