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簡介在電機驅(qū)動系統(tǒng)中，柵極驅(qū)動器或“預(yù)驅(qū)動器” IC常與N溝道功率MOSFET一起使用，以提供驅(qū)動電機所需的大電流。在選擇驅(qū)動器IC、MOSFET以及某些情況下用到的相關(guān)無源元件時，有很多需要考量的設(shè)計因素。如果對這個過程了解不透徹，將導(dǎo)致實現(xiàn)方式的差強人意。
本文將介紹一些簡單的方法來為預(yù)驅(qū)動器/功率MOSFET電路選擇組件，并討論由此得到的系統(tǒng)性能。
從電機開始為直流電機（無論是有刷電機，還是三相無刷電機）設(shè)計驅(qū)動器，應(yīng)從電機入手。電機的特性將決定驅(qū)動器的設(shè)計細節(jié)，而其中兩個主要因素就是電機的工作電壓和電流要求。
這兩個參數(shù)看似簡單，實則不然。一般情況下，電機具有給定的額定電壓和額定電流，但在實際工作中，其值可能與額定值不同。電機實際速度取決于所施加的電壓，電機所需的電流取決于所施加的扭矩。因此，驅(qū)動器設(shè)計不一定需要完全滿足電機規(guī)格。
電機數(shù)據(jù)手冊中通常會給出速度常數(shù)和扭矩常數(shù)，這兩個參數(shù)可用于估算特定應(yīng)用所需的電壓和電流。驅(qū)動器的供電電壓必須至少與電機獲得所需速度需要的電壓一樣高，但是電源電壓通常取決于系統(tǒng)的可用電壓。而最大電流需求則通常由電機啟動機械負載所需的扭矩來決定。
選擇MOSFET確保所選功率MOSFET的額定值至少等于電機所需的電源電壓和最大電流。當然，最好還留有一定裕量。
通常情況下，MOSFET的漏源電壓額定值（VDS）應(yīng)至少比電源電壓高20％。在某些情況下，尤其是在電流大、扭矩步長大、電源控制不良的系統(tǒng)中，所需裕量可能需要高達電源電壓的兩倍。
因此，MOSFET的額定電流必須足夠高，才能提供電機所需的峰值電流。但散熱又是個不得不考量的大問題。MOSFET耗散功率并在漏源電阻RDS(ON)中產(chǎn)生熱量。包括環(huán)境溫度和MOSFET散熱在內(nèi)的熱條件決定了可以耗散的功率。而最大允許功耗最終決定了如何選擇基于。RDS(ON)值的MOSFET.
8一旦確定了必要的額定電壓和RDS(ON)，剩下最重要就是考慮總柵極電荷(QG)了。柵極電荷用于度量導(dǎo)通和關(guān)斷MOSFET所需的電荷量。(QG)較低的MOSFET更易于驅(qū)動。與具有較高(QG)的MOSFET相比，它可以以較低的柵極驅(qū)動電流進行更快的切換。
柵極驅(qū)動電流和上升/下降時間功率MOSFET的柵極可以看作是柵極和源極端子之間的非線性電容。盡管柵極不傳導(dǎo)直流電流，也需要電流來對柵極電容充電和放電，以導(dǎo)通和關(guān)斷MOSFET 。提供給柵極的電流量決定了完全導(dǎo)通MOSFET所需的時間。相反，柵極的拉電流量則決定了MOSFET關(guān)斷需要的時間。
要了解驅(qū)動?xùn)艠O所需的條件，首先要知道MOSFET的切換速度。低開關(guān)損耗需要快速的上升和下降時間，而低EMI需要緩慢的上升和下降時間，設(shè)計師必須在二者之間做出權(quán)衡。此外，PWM頻率以及所需的最小和最大占空比也給切換速度增加了一層限制。例如，在20kHz PWM頻率下，1％占空比需要產(chǎn)生500ns長的脈沖，這需要幾百納秒或更短的上升和下降時間。
當所需的上升/下降時間確定之后，再來計算必要的柵極驅(qū)動電流。我們可以用(QG) / t來估算柵極驅(qū)動電流，其中(QG) 是總柵極電荷，t是所需的上升/下降時間。
注意，這個電流是在整個上升/下降時間內(nèi)所需的驅(qū)動電流量。實際中的柵極驅(qū)動電流在這段時間內(nèi)通常會有所變化，因為大多數(shù)柵極驅(qū)動器都不是恒流驅(qū)動器。
如果為柵極提供恒定電流，則柵極上的電壓不是線性斜率變化-它在MOSFET切換期間會有一段平穩(wěn)狀態(tài)（見圖1）。這被稱為“米勒高原”，它是由柵漏電容引起的。在漏極轉(zhuǎn)換期間，柵漏電容需要電流充電，造成柵源電容的充電速度變慢。

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