在EMC中 MOSFET 柵極驅(qū)動(dòng)電路常見(jiàn)類型

在電子設(shè)備的設(shè)計(jì)中，電磁兼容（EMC）是確保設(shè)備穩(wěn)定可靠運(yùn)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(dòng)電路的設(shè)計(jì)與電磁兼容密切相關(guān)。由于 MOS 管的應(yīng)用場(chǎng)景多樣，因此產(chǎn)生了多種類型的驅(qū)動(dòng)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(lái)詳細(xì)了解一下幾種常見(jiàn)的 MOSFET 柵極驅(qū)動(dòng)電路。

1.IC 直接驅(qū)動(dòng)型

電源控制 IC 直接驅(qū)動(dòng)是最為常見(jiàn)且簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)方式。在電磁兼容的范疇內(nèi)，這種方式雖然具備電路簡(jiǎn)單、成本低廉的優(yōu)點(diǎn)，但也存在諸多不容忽視的問(wèn)題。不同的電源控制 IC 驅(qū)動(dòng)電流各不相同，如果 IC 無(wú)法提供足夠的峰值驅(qū)動(dòng)電流，MOSFET 的開(kāi)啟速度將會(huì)變慢；而當(dāng)驅(qū)動(dòng)能力不足時(shí)，上升沿可能出現(xiàn)高頻振蕩現(xiàn)象，這無(wú)疑會(huì)對(duì)電磁環(huán)境產(chǎn)生干擾，影響整個(gè)系統(tǒng)的電磁兼容性（EMC）。此外，該驅(qū)動(dòng)方式還存在電流反灌的風(fēng)險(xiǎn)，過(guò)大的驅(qū)動(dòng) IC 引腳負(fù)壓可能導(dǎo)致驅(qū)動(dòng) IC 損壞。同時(shí)，驅(qū)動(dòng)能力受限于驅(qū)動(dòng) IC，會(huì)造成驅(qū)動(dòng) IC 的損耗增大、發(fā)熱嚴(yán)重。充放電電流均流經(jīng)驅(qū)動(dòng) IC，較長(zhǎng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)線容易耦合外部噪聲，進(jìn)而干擾驅(qū)動(dòng) IC 內(nèi)部的邏輯電路和時(shí)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(qiáng)驅(qū)動(dòng)型

推挽驅(qū)動(dòng)電路在電磁兼容設(shè)計(jì)中扮演著重要角色，其主要作用是增加驅(qū)動(dòng)峰值電流，從而快速完成柵極電容的充放電過(guò)程。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)能夠有效減小 MOSFET 的開(kāi)關(guān)時(shí)間，使其快速開(kāi)通與關(guān)斷，但同時(shí)也可能引發(fā)驅(qū)動(dòng)振蕩，對(duì)電磁環(huán)境產(chǎn)生一定影響。從電磁兼容的角度來(lái)看，驅(qū)動(dòng)器件可以靠近 MOS 管放置，這有助于減小寄生電感，對(duì)提升電磁兼容性具有積極意義。推挽輸出驅(qū)動(dòng)自身帶有兩個(gè) PN 結(jié)保護(hù)，可防止反向破壞，對(duì) IC 驅(qū)動(dòng)能力的要求相對(duì)較低，IC 驅(qū)動(dòng)損耗也較小。然而，該電路存在器件較多的問(wèn)題，驅(qū)動(dòng)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(dòng)的 di/dt 增大，對(duì) IC 的邏輯干擾增強(qiáng)，在電磁兼容設(shè)計(jì)時(shí)需要重點(diǎn)關(guān)注這些因素。

3.二極管關(guān)斷加速驅(qū)動(dòng)型

在電磁兼容的考量下，二極管關(guān)斷加速驅(qū)動(dòng)電路具有開(kāi)啟和關(guān)斷可獨(dú)立調(diào)節(jié)的特點(diǎn)，電路結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單。不過(guò)，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(dòng)芯片會(huì)導(dǎo)致其發(fā)熱，較大的寄生電感也會(huì)對(duì)電磁兼容性產(chǎn)生一定影響。因此，這種驅(qū)動(dòng)電路主要應(yīng)用于小功率開(kāi)關(guān)電源電路，且在驅(qū)動(dòng) 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(dòng)型

三極管關(guān)斷加速驅(qū)動(dòng)電路在電磁兼容環(huán)境中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，其開(kāi)啟和關(guān)斷速度均可獨(dú)立調(diào)節(jié)，且關(guān)斷速度較快，驅(qū)動(dòng)環(huán)路的寄生電感影響相對(duì)較小。然而，當(dāng)泄放三極管基極電阻及 R3過(guò)小時(shí)，若 Q1的B值過(guò)大，需要防止瞬態(tài)飽和電流超過(guò)三極管的電流應(yīng)力，同時(shí)要警惕關(guān)斷過(guò)快引發(fā)的振蕩問(wèn)題，這些振蕩可能會(huì)成為電磁干擾源，影響系統(tǒng)的電磁兼容性。為解決這一問(wèn)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(kāi)關(guān)電源，特別是在橋式開(kāi)關(guān)電源中，需要嚴(yán)格控制泄放速度，過(guò)快可能導(dǎo)致振蕩，過(guò)慢則可能引發(fā)二次開(kāi)通問(wèn)題，這兩種情況都會(huì)對(duì)電磁環(huán)境造成不良影響。

5.變壓器加速關(guān)斷驅(qū)動(dòng)電路

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在電磁兼容設(shè)計(jì)中，變壓器加速關(guān)斷驅(qū)動(dòng)電路具有重要意義。為滿足驅(qū)動(dòng)高邊 MOS 管的需求，通常會(huì)采用變壓器驅(qū)動(dòng)方式，這不僅能夠?qū)崿F(xiàn)驅(qū)動(dòng)功能，還可用于安全隔離，是電磁兼容設(shè)計(jì)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(jì)原理是隔離直流、通過(guò)交流，同時(shí)防止磁芯飽和，這些措施都是為了確保整個(gè)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(yùn)行。

綜上所述，在設(shè)計(jì) MOSFET 柵極驅(qū)動(dòng)電路時(shí)，必須充分考慮電磁兼容（EMC）因素，精心選擇合適的驅(qū)動(dòng)電路類型，并采取相應(yīng)的措施來(lái)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(yùn)行。