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凡亿专栏 | MOS栅极电阻旁边并个二极管,到底是在调什么?
MOS栅极电阻旁边并个二极管,到底是在调什么?
MOS栅极电阻旁边并个二极管,到底是在调什么?Gate旁边一颗电阻再并一条“二极管+电阻”支路,不是随便加的保护件。它是把MOS开通和关断分成两条不同阻抗的路径,让Rgon、Rgoff可以分别调,进而单独控制损耗、尖峰、EMI和寄生开通。

看一些电源原理图时,会发现MOS Gate不是简单串一个10Ω就结束。

常见画法是:一颗主Gate电阻旁边,再并一个二极管和另一颗电阻。

第一次看到很容易把它理解成“二极管负责保护Gate”。

其实多数情况下,它更主要的作用是:让开通和关断走不同的电阻。

为什么一颗Gate电阻有时候不够用

MOS开通和关断面对的问题不完全一样。

开通太快,Vds、Id的dv/dt和di/dt会变大,振铃、EMI、反向恢复尖峰都可能更重;但开通太慢,MOS在线性区停留时间长,Switching Loss又会上去。

关断也一样。关太慢会增加关断损耗;关太快,又可能把Vds尖峰顶得很高。

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图1:典型的Rgon、Rgoff加二极管结构,用不同路径分别控制MOS开通和关断。

二极管决定哪条路在什么时候导通

以“慢开快关”为例,开通时二极管反偏,Gate充电只能经过较大的Rgon,所以Vgs上升更慢。

关断时Gate电流方向反过来,二极管导通,电流可以经过另一颗更小的Rgoff回到Driver,Gate放电更快。

二极管方向一反,逻辑也跟着反:可以做成快开慢关。

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图2:MOS开通、关断时Gate Charge、Vgs、Vds和Id变化并不同,Gate电阻直接参与这些过渡过程。

Rgon和Rgoff怎么调,别只盯Vgs

调Gate电阻时只看Vgs够不够漂亮,信息是不够的。

我会同时看Vgs、Vds和Id,最好再看对侧MOS的Gate。

改Rgon,重点观察开通损耗、Vds下降速度、反向恢复电流、开通振铃和EMI;改Rgoff,则重点看关断损耗、Vds Overshoot以及对侧是否出现寄生开通。

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图3:实测Vgs与Vds在开通过程中的变化,Miller平台正是Gate电阻重点影响的区间。

还有两个细节很容易被忽略

第一,Gate Resistor要靠近MOS Gate。Driver到MOS之间如果留一大段线,寄生电感照样会进入Gate Loop。

第二,别忘了Driver自己的Source/Sink输出阻抗。你外面放5Ω,不代表Gate回路总阻抗就是5Ω。

一些Driver本身就提供分开的Source/Sink引脚,这种情况下可以直接配Rgon、Rgoff,不一定还需要外加二极管。

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图4:Gate电流在开通和关断时方向相反,因此可以利用二极管给两个方向设置不同阻抗。

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