传统的MOSFET驱动方法

通过驱动器源极引脚改善开关损耗

本文的关键要点

・MOSFET的寄生电感导致的开关损耗是提升开关速度过程中的一大课题。

・驱动器源极引脚旨在解决该课题。

MOSFET和IGBT等电源开关器件被广泛应用于各种电源应用和电源线路中。需要尽可能地降低这种开关器件产生的开关损耗和传导损耗,但不同的应用其降低损耗的方法也不尽相同。近年来,发现有一种方法可以改善MOSFET和IGBT等的开关损耗问题,那就是带有驱动器源极引脚(所谓的开尔文源极引脚)的新封装。在本文——“通过驱动器源极引脚改善开关损耗”中,将介绍功率开关产品具有驱动器源极引脚的效果以及使用注意事项。

传统的MOSFET驱动方法

为了便于对驱动器源极引脚进行说明,我们先来了解一下传统的MOSFET驱动方法。

MOSFET通常为电压驱动型,通过开/关栅极引脚的电压来控制开关工作。下面是传统TO-247N封装(3引脚)MOSFET的常见栅极驱动电路示例。

驱动电源VG和MOSFET的栅极引脚Gate之间连接外置电阻RG_EXT,用来控制开关速度,但驱动电路中含有PCB版图的电感LTRACE和MOSFET源极引脚Source的封装电感LSOURCE,因此这个参数是需要好好考虑的重要项目。栅极引脚的封装电感包含在LTRACE中,而漏极引脚Drain的电感LDRAIN不包含在栅极驱动电路中,因此在这里省略。

由于该驱动电路的具体工作是很基本的而且是常见的,因此在此省略相应的介绍,但需要注意的是,由于流过漏极和源极间的漏极电流ID的变化,LSOURCE中会产生电动势VLSOURCE,这一点在以往的开关速度下很容易被忽略。下面是驱动电路的开关工作中的电压施加情况:

MOSFET被施加VG并导通后,ID増加,LSOURCE沿图中(I)的方向产生VLSOURCE。另一方面,由于电流IG流入栅极引脚,因此在RG_EXT上会产生压降VRG_EXT(I)。这些电压包含在导通时的驱动电路网中,如公式(1)所示,它们使MOSFET的导通动作所需的芯片上的电压VGS_INT减少,最终导致导通速度下降。LTRACE也会产生电动势,但因其非常小而在此省略。

关断时也是同样的原理,由于公式(1)中的IG和dID/dt为负,因此使RG_EXT和LSOURCE电压上升(II),VSG_INT增加,导致关断速度下降。
一般来讲,电源开关元器件的LSOURCE为几nH到十几nH,加上当dID/dt达到几A/ns时可能会产生10V以上的VLSOURCE,这些将对MOSFET开关工作产生很大的影响。
驱动器源极引脚是通过消除VLSOURCE的影响来改善MOSFET开关速度的。

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