應用筆記分享

驅動電路中的誤開通及應對方法

驅動電路中的誤開通

功率器件如 MOSFET、IGBT 可以看作是一個受門極電壓控制的開關。當門極電壓大于開通閾值時，功率器件就會被開通；而當門極電壓低于開通閾值時，功率器件就會被關斷。但在實際的應用中，由于器件及外圍線路寄生參數的影響，會導致原本關斷的功率器件會被誤開通。

圖 1. 米勒效應引起的誤開通

圖1顯示了米勒效應帶來的誤開通。當 MOSFET 關斷而對管導通時， Vds 電壓快速的上升產生高的 dv/dt，從而在電容 Cgd 中產生位移電流( igd)。這個位移電流流經 Rg, M2 后就會在 Vg上產生一個電壓尖峰 (Vspk)。如果這個電壓尖峰超過了 MOSFET 的開通閾值，MOSFET 就會被開通，從而導致電路直通甚至損壞。

還有一種誤開通是由于線路上的寄生電感引起的，如圖2所示。Ls 是MOSFET 源極上的寄生電感。當 MOSFET 快速關斷時，電流（ids）迅速的減小產生較高的 di/dt，從而在 Ls 的兩端產生一個負的電壓（VLS）。這個VLS電壓如果超過了 MOSFET 的門極閾值，MOSFET 就會被誤開通。

圖 2. 寄生電感引起的誤開通

避免驅動誤開通的方法

門極電阻、電容法

為了避免功率管的誤開通，常用的方法是通過調整門極驅動的電阻和電容，如圖3所示。

圖 3. 調整門極驅動電阻和電容

通過調節RON/ROFF 的大小可以來調整 MOSFET 的開通/關斷速度：增大RON/ROFF來減慢MOSFET開通/關斷的速度，減小 dv/dt (di/dt) 從而減小門極電壓尖峰。但另一方面，增大ROFF會使得門極驅動線路上的電阻變大，Cgd上產生的位移電流流經 ROFF后的電壓也會相應的變高，實際應用中有時增大 ROFF并不能讓電壓尖峰有效的降低。另外由于增大ROFF會使 MOSFET 的關斷速度變慢，從而使 MOSFET 的功耗增大。

在 MOSFET 的門極和源極之間并聯一個外部電容 CGS_E也可以降低門極電壓尖峰，但是它跟增大 RON/ROFF一樣, 會使 MOSFET 的整個開、關速度都變慢，從而導致整 MOSFET 的功耗增大。

米勒鉗位法

為了有效的抑制由于米勒效應帶來的門極誤開通，可以在靠近功率管的門極處放一個三極管來防止在關斷期間的誤開通，如圖4。在關斷期間，由于 Vds較高的 dv/dt 使 Vg電壓升高，此時 Q1 會導通，從而將 Vg電壓拉低防止誤開通 MOSFET。在實際的應用中要注意PCB布線的影響，Q1 要盡量的靠近功率 MOSFET 以減小 Q1、MOSFET 門極和源極之間的環路，從而降低整個環路路上的阻抗。

圖 4. 外部三極管米勒鉗位

數明半導體提供的一些驅動芯片集成了米勒鉗位的功能，比如 SLMi33x 系列驅動芯片都有米勒鉗位功能。通過將米勒鉗位引腳連接到靠近功率管門極處就能有效的抑制米勒尖峰的問題。

圖 5. SLMi334 中的米勒鉗位功能

圖5顯示了 SLMi334 中的米勒鉗位功能。SLMi334 通過 VCLAMP 腳監控 MOSFET 門極電壓，當門極電壓大于米勒鉗位閾值(典型2V)時，內部的米勒鉗位電路就會把 M3 開通，提供額外的一路下拉電流將門極電壓下拉。在實際的應用中，從 VCLMP 腳到 MOSFET 的門極這條 PCB 布線一定要短且粗，以減小 PCB 布線帶來的阻抗影響。

負壓驅動法

米勒鉗位電路能夠有效的抑制由于米勒效應引起的門極電壓尖峰，但是對于由于寄生電感引起的誤開通，米勒鉗位電路有時就不是非常的有效，此時給驅動提供負電壓是一個比較好的解決辦法。

圖 6. SLMi334 雙電源驅動

圖6顯示了SLMi334用雙電源驅動時的線路連接。VCC2接正電源，比如 15V，而 VEE 接負電源，比如負 8V。這樣在在功率管關斷的時候，即使有米勒尖峰或由于線路寄生電感引起的電壓尖峰，功率管也能可靠的工作。

對于負電壓驅動法，需要系統提供一個負電壓。一般情況下是由系統的輔助電源來提供這一路負電源的。但是有些系統出于成本和別的各種原因，沒有這樣的負電壓可用，那么可以考慮以下兩種方法。

圖 7. 利用穩壓管產生負電壓

圖7是利用穩壓管 DZ, 電阻 RZ和電容 CZ在 DZ兩端產生穩定的電壓VZ。當 OUT 出是高的時候，加在功率管門極的驅動電壓是 VCC-VZ。而當 OUT 輸出為低的時候，加在功率管門極的驅動電壓是 -VZ。這里要注意的是驅動電流需要流經 CZ這個電容，為了保持 VZ電壓的穩定，CZ的容值不能太小。

圖 8. 利用隔直電容產生負壓

圖8是利用隔直電容 CB來產生一個電壓 VCB，從而在 OUT 輸出為低的時候在功率管的門極提供負的 VCB 驅動電壓。在輸出為高的時候，加在功率管兩端的門極電壓為 VCC-VCB。VCB這個電壓跟驅動信號的占空比（Duty）相關，VCB=VCC× Duty，所以這個電路比較適合用于占空比較穩定的電路中。這個電路中的穩壓管 DZ主要是用于鉗位 VCB電壓，防止在大占空比下 VCB電壓過高。

總 結

對于驅動電路中的誤開通，需要根據實際的情況進行分析并加以解決。調整功率器件的開關速度能減小電壓尖峰，但是它或降低整個系統的效率。米勒鉗位電路對于因米勒效應引起的門極尖峰有很好的抑制作用。PCB 走線對于門極電壓的尖峰有很大的影響，要盡量減小 PCB 走線帶來的寄生參數。負壓驅動能很好的解決門極電壓尖峰問題，但是它的代價是需要額外的負電壓或額外的輔助器件。

審核編輯：湯梓紅