【经验】解析驱动电路中的误开通及应对方法

时间： 2022-12-01 来源：数明半导体公众号

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功率器件如MOSFET、IGBT可以看作是一个受门极电压控制的开关。当门极电压大于开通阈值时，功率器件就会被开通；而当门极电压低于开通阈值时，功率器件就会被关断。但在实际的应用中，由于器件及外围线路寄生参数的影响，会导致原本关断的功率器件会被误开通。本文数明半导体将为您详细解析驱动电路中的误开通及应对方法。

图1显示了米勒效应带来的误开通。当MOSFET关断而对管导通时，Vds电压快速的上升产生高的dv/dt，从而在电容C_gd中产生位移电流（i_gd）。这个位移电流流经R_g，M2后就会在V_g上产生一个电压尖峰（V_spk）。如果这个电压尖峰超过了MOSFET的开通阈值，MOSFET就会被开通，从而导致电路直通甚至损坏。

还有一种误开通是由于线路上的寄生电感引起的，如图2所示。Ls是MOSFET源极上的寄生电感。当MOSFET快速关断时，电流（ids）迅速的减小产生较高的di/dt，从而在Ls的两端产生一个负的电压（V_LS）。这个V_LS电压如果超过了MOSFET的门极阈值，MOSFET就会被误开通。

避免驱动误开通的方法

门极电阻、电容法

为了避免功率管的误开通，常用的方法是通过调整门极驱动的电阻和电容，如图3所示。

通过调节R_ON/R_OFF的大小可以来调整MOSFET的开通/关断速度：增大R_ON/R_OFF来减慢MOSFET开通/关断的速度，减小dv/dt（di/dt）从而减小门极电压尖峰。但另一方面，增大R_OFF会使得门极驱动线路上的电阻变大，C_gd上产生的位移电流流经R_OFF后的电压也会相应的变高，实际应用中有时增大R_OFF并不能让电压尖峰有效的降低。另外由于增大R_OFF会使MOSFET的关断速度变慢，从而使MOSFET的功耗增大。

在MOSFET的门极和源极之间并联一个外部电容C_{GS_E}也可以降低门极电压尖峰，但是它跟增大R_ON/R_OFF一样，会使MOSFET的整个开、关速度都变慢，从而导致整MOSFET的功耗增大。

米勒钳位法

为了有效的抑制由于米勒效应带来的门极误开通，可以在靠近功率管的门极处放一个三极管来防止在关断期间的误开通，如图4。在关断期间，由于V_ds较高的dv/dt使V_g电压升高，此时Q1会导通，从而将V_g电压拉低防止误开通MOSFET。在实际的应用中要注意PCB布线的影响，Q1要尽量的靠近功率MOSFET以减小Q1、MOSFET门极和源极之间的环路，从而降低整个环路路上的阻抗。

数明半导体提供的一些驱动芯片集成了米勒钳位的功能，比如SLMi33x系列驱动芯片都有米勒钳位功能。通过将米勒钳位引脚连接到靠近功率管门极处就能有效的抑制米勒尖峰的问题。

图5显示了SLMi334中的米勒钳位功能。SLMi334通过VCLAMP脚监控MOSFET门极电压，当门极电压大于米勒钳位阈值（典型2V）时，内部的米勒钳位电路就会把M3开通，提供额外的一路下拉电流将门极电压下拉。在实际的应用中，从VCLMP脚到MOSFET的门极这条PCB布线一定要短且粗，以减小PCB布线带来的阻抗影响。

负压驱动法

米勒钳位电路能够有效的抑制由于米勒效应引起的门极电压尖峰，但是对于由于寄生电感引起的误开通，米勒钳位电路有时就不是非常的有效，此时给驱动提供负电压是一个比较好的解决办法。

图6显示了SLMi334用双电源驱动时的线路连接。V_CC2接正电源，比如15V，而VEE接负电源，比如负8V。这样在在功率管关断的时候，即使有米勒尖峰或由于线路寄生电感引起的电压尖峰，功率管也能可靠的工作。

对于负电压驱动法，需要系统提供一个负电压。一般情况下是由系统的辅助电源来提供这一路负电源的。但是有些系统出于成本和别的各种原因，没有这样的负电压可用，那么可以考虑以下两种方法。

图7是利用稳压管D_Z，电阻R_Z和电容C_Z在D_Z两端产生稳定的电压V_Z。当OUT出是高的时候，加在功率管门极的驱动电压是V_CC-V_Z。而当OUT输出为低的时候，加在功率管门极的驱动电压是-V_Z。这里要注意的是驱动电流需要流经C_Z这个电容，为了保持V_Z电压的稳定，C_Z的容值不能太小。

图8是利用隔直电容C_B来产生一个电压V_CB，从而在OUT输出为低的时候在功率管的门极提供负的V_CB驱动电压。在输出为高的时候，加在功率管两端的门极电压为V_CC-V_CB。V_CB这个电压跟驱动信号的占空比（Duty）相关，V_CB=V_CC×Duty，所以这个电路比较适合用于占空比较稳定的电路中。这个电路中的稳压管D_Z主要是用于钳位V_CB电压，防止在大占空比下V_CB电压过高。

总结

对于驱动电路中的误开通，需要根据实际的情况进行分析并加以解决。调整功率器件的开关速度能减小电压尖峰，但是它或降低整个系统的效率。米勒钳位电路对于因米勒效应引起的门极尖峰有很好的抑制作用。PCB走线对于门极电压的尖峰有很大的影响，要尽量减小PCB走线带来的寄生参数。负压驱动能很好的解决门极电压尖峰问题，但是它的代价是需要额外的负电压或额外的辅助器件。

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