干货 工程师必须掌握的 MOS 管驱动设计细节

一般认为MOSFET是电压驱动的，不需要驱动电流。然而，在MOS的G S两级之间有结电容存在，这个电容会让驱动MOS变的不那么简单。

如果不考虑纹波和EMI等要求的话，MOS管开关速度越快越好，因为开关时间越短，开关损耗越小，而在开关电源中开关损耗占总损耗的很大一部分，因此MOS管驱动电路的好坏直接决定了电源的效率。

对于一个MOS管，如果把GS之间的电压从0拉到管子的开启电压所用的时间越短，那么MOS管开启的速度就会越快。与此类似，如果把MOS管的GS电压从开启电压降到0V的时间越短，那么MOS管关断的速度也就越快。由此我们可以知道，如果想在更短的时间内把GS电压拉高或者拉低，就要给MOS管栅极更大的瞬间驱动电流。

大家常用的PWM芯片输出直接驱动MOS或者用三极管放大后再驱动MOS的方法，其实在瞬间驱动电流这块是有很大缺陷的。

比较好的方法是使用专用的MOSFET驱动芯片如TC4420来驱动MOS管，这类的芯片一般有很大的瞬间输出电流，而且还兼容TTL电平输入

MOSFET驱动芯片的内部结构

MOS驱动电路设计需要注意的地方

因为驱动线路走线会有寄生电感，而寄生电感和MOS管的结电容会组成一个LC振荡电路，如果直接把驱动芯片的输出端接到MOS管栅极的话，在PWM波的上升下降沿会产生很大的震荡，导致MOS管急剧发热甚至爆炸，一般的解决方法是在栅极串联10欧左右的电阻，降低LC振荡电路的Q值，使震荡迅速衰减掉。

因为MOS管栅极高输入阻抗的特性，一点点静电或者干扰都可能导致MOS管误导通，所以建议在MOS管G S之间并联一个10K的电阻以降低输入阻抗。如果担心附近功率线路上的干扰耦合过来产生瞬间高压击穿MOS管的话，可以在GS之间再并联一个18V左右的TVS瞬态抑制二极管，TVS可以认为是一个反应速度很快的稳压管，其瞬间可以承受的功率高达几百至上千瓦，可以用来吸收瞬间的干扰脉冲。

MOS管驱动电路参考

MOS管驱动电路的布线设计

MOS管驱动线路的环路面积要尽可能小，否则可能会引入外来的电磁干扰

驱动芯片的旁路电容要尽量靠近驱动芯片的VCC和GND引脚，否则走线的电感会很大程度上影响芯片的瞬间输出电流。

常见的MOS管驱动波形

如果出现了这样的波形，有很大一部分时间管子都工作在线性区，损耗极其巨大。一般这种情况是布线太长电感太大，栅极电阻都救不了你，只能重新画板子。

高频振铃严重的毁容方波

在上升下降沿震荡严重，这种情况管子一般瞬间死掉。跟上一个情况差不多，进线性区。BOOM!！原因也类似，主要是布线的问题。

又胖又圆的肥猪波

上升下降沿极其缓慢，这是因为阻抗不匹配导致的。芯片驱动能力太差或者栅极电阻太大。果断换大电流的驱动芯片，栅极电阻往小调调就OK了。

打肿脸充正弦的生于方波他们家的三角波

驱动电路阻抗超大发了，此乃管子必杀波，解决方法同上。

大众脸型，人见人爱的方波

高低电平分明，电平这时候可以叫电平了，因为它平。边沿陡峭，开关速度快，损耗很小。略有震荡，可以接受，管子进不了线性区，强迫症的话可以适当调大栅极电阻。

方方正正的帅哥波

无振铃无尖峰无线性损耗的三无产品，这就是最完美的波形了。

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引言

通用MCU或DSP的IO电压通常是5V\3.3V，IO的电流输出能力在20MA以下，不足以直接驱动功率MOSFET。所以使用通用MCU或DSP来设计电机驱动器时，通常需要搭配外部的MOSFET驱动器，我们称之为“预驱”。在设计汽车风机、水泵、油泵等电机驱动控制器时，使用车规MCU+车规预驱+车规N沟道功率MOSFET，可以适配不同功率、各种通信方式和各种驱动方式。

控制器中的功率MOS驱动

如上图，三相直流无刷电机（包括BLDC和PMSM）功率级驱动电路使用6个N沟道功率MOS构成三相全桥，分为三个连接到电源正极（VBus）的高边MOS和三个连接到电源负极的低边MOS。控制器通过控制六个MOS的通断，完成换相，使电机按照预期转动。电机在运转过程中可能会遇到堵转而导致过流，因此MOS驱动电路需要具有保护功能，以防止烧坏控制器或电机。

对于单个NMOS来说，在开通时，需要提供瞬间大电流向MOS内的寄生电容充电，栅源电压（VGS）达到一定阈值后，MOS才能完全开通。在MOS开通后，还需要维持合适的栅源电压（VGS），才可以保持开通状态。

对于低边MOS，其源极（S）接到电源负极，栅源电压容易满足，驱动较简单。

对于高边MOS，其源极（S）接到电机相线，其电压是不确定的，如果需要开通，需要通过自举电路提供栅极电压，驱动较复杂。

一般情况下，MOS的导通内阻都如上图所示，随着VGS的增大而降低，但VGS大于10V之后，下降曲线变得平缓。为了达到最小的导通电阻(RDSON)，VGS的取值通常为10~15V。

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