简 介： 对于功率 MOS 管栅极驱动串联电阻究竟有什么作用，取什么阻值合适呢？ 本文通过 LTspice 软件仿真测试了不同 MOS 管驱动串联电阻对于减少 MOS 管栅极电压波动的效果。

关键词： MOS，栅极，RLC

§01 功率MOS驱动

  在 栅极电阻要取100欧姆？ 博文中给出了一篇翻译博文，讨论了功率 MOS 管栅极电阻取值的问题。 下面利用 AT LTspice 仿真软件对于文中功率 MOS 管串联电阻对于电路影响进行测试。

一、LTspice建模

  选择 LTspice 环境中 MOS 管的型号为 IRF2805，它的主要参数如下图所示：

  如下是基本测试电路图，在电路中， $L_3,L_4$ 是模拟 MOS 管驱动电源 $V_2$ 到 MOS 管之间连线的分散电感。 $L_1$ 是 MOS 负载连接的杂散电感。 MOS 管负载为一个电感负载。

二、测量电压波形

  设置驱动信号 V2 是一个幅度为 12V，宽度为 2us 的电压波形，测量 MOS 管 M1 的栅极与漏极电压波形。 设置栅极串联电阻 R1 的阻值从 0.1 变化到 5 欧姆，对应的电压波形如下面动图所示。可以看到随着栅极驱动串联电阻 R1 的阻值增加， M1 栅极的驱动电压波形从具有一定过冲电压变化到没有过冲。 对应 M1 漏极电压比较相似，没有太大的变化。

  但是奇怪的是，M1 的漏极电流在驱动过程中出现了高频振荡。下面显示不同栅极电阻下这种震荡电流的形式。如果将 L1 的电感值降低到 5nF 之后， M1 持续震荡就会消失了。

  如果将栅极驱动串联电阻修改为 51Ω， 仿真运行后对应的 M1 栅极电压波形（Vn006）与漏极电压（Vn001）如下图所示。可以看到此时 MOS 管栅极电压上升下降沿变得十分缓慢。所以传统意义上 MOS 管栅极串联电阻需要根据实际电路中的器件和杂散电感进行调整。

三、对比电容

  为了对比 MOS 管基极驱动回路与 RLC 串联谐振电路的关系，下面搭建了与前面 MOS 管电路栅极回路相似的电路模型。 测试不同串联电阻 R1 对应的 C1 上的电压波形。

  下图给出了不同 R1 阻值下的 C1 上的电压波形。与 MOS 管栅极电压相比，主要区别为：

• RLC 谐振电路振荡更剧烈，MOS 管栅极振荡即使 R1=0 时，也会很快衰减。这也说明 MOS 管栅极与源极之间存在比较大的串联电阻；
• 在 MOS 栅极电路中， 栅极电压上升过程存在一个小台阶，这是由 MOS 管导通过程中的 Miller 效应 引起。

四、测试不同MOS管

  下面对比不同的 MOS 管栅极电压波形。统一设置栅极串联电阻为 0.1Ω。

  上面对比了三种不同的 MOS 管驱动电压波形，可以看到对应的基极电压以及漏极电压还是具有很大的区别。

  特别是对于高速 IRF7303 MOS 管，它对应的栅极电压过冲比较大。 如果将栅极串联电阻修改成 10欧姆，对应的仿真波形如下，可以看到栅极电压波形几乎就没有振荡了。

※ 总  结 ※

  对于功率 MOS 管栅极驱动串联电阻究竟有什么作用，取什么阻值合适呢？ 本文通过 LTspice 软件仿真测试了不同 MOS 管驱动串联电阻对于减少 MOS 管栅极电压波动的效果。

■ 相关文献链接:

• 栅极电阻要取100欧姆？
• 安装 AD LTspice电路仿真软件
• Miller 效应

● 相关图表链接:

• 图1.1.1 IRF2805 MOS 管的主要参数
• 图1.1.2 测试基本电路图
• 图1.1.3 基极驱动电阻从0.1变化到5欧姆对应的MOS管栅极电压与漏极电压
• 图1.1.4 随着栅极串联电阻增加，MOS管漏极电流
• 图1.2.3 栅极电阻R1为51欧姆时对应的MOS管的栅极(n006)和漏极(n001)电压波形
• 图1.3.1 测试RLC串联电路图
• 图1.3.2 RLC串联谐振电路仿真结果
• 图1.4.1 MOS IRF2805电压波形
• MOS IPA105N15N3电压波形
• MOS IRF7303的电压波形
• 图1.4.4 MOS IRF7303 电压波形

from headm import *
filename = r'D:\Temp\1.txt'
timedim = []
data1dim = []
data2dim = []
data3dim = []
rdim = []
segdim = []
with open(filename, 'r') as f:
    for id,l in enumerate(f.readlines()):
        l = l.strip('\n')

        if l.find('time') >= 0: continue
        if l.find('Step') >= 0:
            rstr = l.split('=')[-1].split(' ')[0]
            if rstr[-1] == 'm':
                r = float(rstr[:-1]) * 1e-3
            else: r= float(rstr)
            rdim.append(r)
            segdim.append(len(timedim))
            continue
        ll = [float(s) for s in l.split('\t')]
        timedim.append(ll[0])
        data1dim.append(ll[1])
        data2dim.append(ll[2])
        data3dim.append(ll[3])
        if id % 10000 == 0: printf(id)

segdim.append(len(timedim))

printf(len(timedim))
printf(rdim)
tspsave('testdata', rdim=rdim, segdim=segdim, timedim=timedim,
        data1dim=data1dim, data2dim=data2dim, data3dim=data3dim)
printf('\a')

  

 

  
 
 

  
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#!/usr/local/bin/python
# -*- coding: gbk -*-
#============================================================
# DRAW.PY                      -- by Dr. ZhuoQing 2022-08-25
#
# Note:
#============================================================

from headm import *
from tsmodule.tsdraw        import *

rdim, segdim, timedim, data1dim, data2dim, data3dim = tspload('testdata', 'rdim', 'segdim', 'timedim', 'data1dim', 'data2dim', 'data3dim')

gifplot = PlotGIF()
plt.draw()
plt.pause(.1)

for id, r in enumerate(rdim):
    startid = segdim[id]
    endid = segdim[id+1]

    t = timedim[startid:endid]*1e6
    d1 = data1dim[startid:endid]
    d2 = data2dim[startid:endid]
    d3 = data3dim[startid:endid]

    plt.clf()
    plt.subplot(2,1,1)
    plt.plot(t, d1, label='Vgate')
    plt.plot(t, d2, label='Vdrain')

    plt.xlabel("Time(us)")
    plt.ylabel("Voltage(V)")
    plt.axis([0, 10, -6, 25])
    plt.title('R=%4.2fohm'%r)
    plt.grid(True)
    plt.legend(loc='upper right')
    plt.tight_layout()

    plt.subplot(2,1,2)
    plt.plot(t, d3)

    plt.xlabel("Time(us)")
    plt.ylabel("Current(A)")
    plt.axis([0,10,-0.9,0.9])
    plt.grid(True)
    plt.tight_layout()

    plt.draw()

    plt.pause(.1)
    gifplot.append(plt)


#------------------------------------------------------------

gifplot.save()



#------------------------------------------------------------
printf('\a')





#------------------------------------------------------------
#        END OF FILE : DRAW.PY
#============================================================

  

 

  
 
 

  
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文章来源: zhuoqing.blog.csdn.net，作者：卓晴，版权归原作者所有，如需转载，请联系作者。

原文链接：zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/126491229