如何设计栅极电阻值？

这是我正在使用的驱动器IC（LM5112）的数据表。

以下是该模块的应用图。

基本上，这是用于MOSFET的GATE驱动器电路，以PDM信号作为输入。我正在寻找如何计算MOSFET输入电阻（R3）的值？

MOSFET输入电压（VDS）= 10V，所需的输出功率为200W。

问题：

1）如何计算MOSFET的输入电阻？

2）有哪些因素影响MOSFET输入电阻的计算？

3）如果电阻值改变（增加或减小），最大和最小电阻值将对电路产生什么影响？

请让我知道是否需要任何进一步的信息。

如果选择此驱动器，该驱动器具有巨大的输出电流（7A），那么我认为您需要该栅极驱动电流来非常快地切换一个非常大的FET。

栅极电阻只会通过降低栅极驱动电流来减慢速度，因此其最佳值为零欧姆。其最大值取决于可接受的开关损耗（开关慢会导致更多的开关损耗）。

栅极电阻仍然可以使用：

• 减慢开关速度以降低EMI。但是在这种情况下，您最好使用较弱的（便宜的）驱动程序。
• 降低MOSFET导通期间从电源汲取的电流尖峰。如果局部去耦不够好，则该电流可能会使VCC下降，从而触发芯片的UVLO。幸运的是，芯片的引脚排列使实现低电感去耦变得容易。
• 万一布局不理想且门迹较长。这会在栅极中增加电感，这可能导致MOSFET振荡。电阻会抑制振荡，但会降低开关速度。这有点创可贴，紧凑的布局是可取的。

我建议您放置一个电阻脚以防万一，并从0R跳线开始。

了解MOSFET的栅极

MOSFET是非凡的器件，在驱动各种负载时具有许多优势。它们是电压驱动的，而且导通时它们具有非常低的电阻，这使它们成为许多应用的首选器件。

然而，对于许多人来说，门的实际工作方式可能是对其了解最少的特征之一。

让我们看一下您的典型MOSFET电路。

注意：我仅在此处说明N通道设备，但P通道通过相同的机制工作。

^{模拟该电路 –使用CircuitLab创建的原理图}

$R_{GATE}$$R_{GATE}$

^{模拟该电路}

$R_g$$C_{GS}$$C_{GD}$

进一步使事情复杂化的是，那些电容不是恒定的，而是根据施加的电压而变化。典型示例如下所示。

$C_{GS}$$C_{GD}$

$I_{gate} = V_{Gate}/(R_{source} + R_{GATE} + R_g)$

$R_{GATE}$$R_g$

$R_{GATE} = V_{Gate}/(I_{max})$

注意：如果驱动器中的源极和漏极极限不同，或者需要锐化导通或关断边缘，则可以使用两个栅极电阻以及相关的二极管。

时间就是一切

好的，所以现在也许您可以了解为什么栅极电阻很重要。但是，您现在需要了解具有该栅极电阻的含义以及如果栅极电阻太大会发生什么。

$R_{GATE}$$C_{GS}$$C_{GD}$

让我们分析这个简单的电路。

在这里，我选择了一个典型的MOSFET，其输入电阻约为2.5欧姆。如上图所示，在漏极短接地面的情况下，可以在桩的上升沿绘制以下迹线。

$R_{Gate}$

毫无疑问，脉冲的下降沿是相似的。

好了，让我们用一个1欧姆的负载电阻向栅极施加一个1V的小电压。

在上面的跟踪中，应注意三件事。

1. $V_{D}$$C_{GD}$$C_{GD}$

2. $R_{GATE}$

3. 如果您有鹰眼的话，当MOSFET导通时，您可能还会注意到I（R_GATE）略有偏移。

好的，现在让我向您展示负载上10V和10欧姆的更真实的电压。

$V_{gs}$

$V_{GS}$$C_{GD}$$C_{GD}$$C_{GD}$$C_{GS}$$V_{GS}$

在这一点上，您应该已经明白了一些事情。那是...

接通延迟随负载电压而变化！

$C_{GD}$

让它逐渐上升到该设备在1A负载下仍能处理的最大300V电压。

注意，平点现在很长。该设备保持线性模式，需要更长的时间才能完全打开。实际上，我不得不在此图像中扩展时基。栅极电流现在维持约6uS。

查看关闭时间，在此示例中情况甚至更糟。

$C_{GD}$

这意味着，如果您要调制负载的功率，则驱动负载的频率高度取决于所切换的电压。

在10V下以100Khz的频率工作时...平均栅极电流约为400mA ...

在300V时没有希望。

在这些频率下，MOSFET，栅极电阻和驱动器中消耗的功率可能足以破坏它们。

结论

除了简单的低频使用之外，微调MOSFET以在更高的电压和频率下工作还需要进行大量的仔细开发才能提取您可能需要的特性。功率越高，MOSFET驱动器就需要越强大，因此可以使用尽可能少的栅极电阻。