MOS管驱动电路设计指南

平面型和沟槽型两种结构对比

关键的寄生电容参数（Cgs、Cgd、Cds），以及栅极充电特性的三个阶段。

这些内容我公众号以前已经写了很多，这里不再重复说了。

寄生电容等价回路

同步整流方式 BOOST 回路

• 开关损耗大：开关频率越高，损耗越高，器件发热越大。

器件的损失波形

• 浪涌电压：关断瞬间，可能产生很高的浪涌电压，一不小心就超压炸管。

VDS 浪涌波形- RG_EXT 特性

浪涌电压是指MOS管开关过程中，由于电流快速变化(di/dt)和寄生参数影响，在栅源极间产生的异常电压尖峰，主要包括两种现象：

一是"正电压上升"（由米勒电容耦合和回路电感引起，可能导致自导通）

栅极-源极电压的动作示意等效回路图（LS 侧导通时）

二是"负浪涌"（电流换流时源极电感效应将栅极电压拉低）。

栅极源极电压的动作示意等效回路图（LS 侧关闭时）

这种瞬态电压波动与开关速度、栅极电阻值和PCB布局寄生电感密切相关，较大的栅极电阻可以抑制浪涌但会增加开关损耗，需要通过优化驱动电阻、添加栅源电容或采用负压驱动等措施来有效控制。

• 自导通：

MOS管在不应导通时，因栅极电压异常升高而意外导通，这种现象通常发生在半桥电路中当一侧开关管快速导通时，通过米勒电容(Cgd)耦合使另一侧管子的栅极产生正电压尖峰，若超过阈值电压(VGS(th))就会导致上下管同时导通形成短路。

自导通时的 LS 电流

这种现象与开关速度、栅极电阻密切相关，表现为电流波形中出现异常导通电流，可能引发器件损坏，需要通过优化栅阻、添加米勒钳位电路或负压关断等措施来预防。

1、普通MCU那点输出电流根本带不动 SiC MOS管，必须靠栅极驱动器IC来放大信号。栅极驱动电压是确保功率器件可靠工作的关键参数，ROHM的SiC MOS管推荐使用15~18V的正向驱动电压(VGH)和0V的关断电压(VGL)。

LowSide 型”栅极驱动回路概要

2、控制电路的电平转换

 在大多数时候，咱们的栅极信号源的微控制器 (MCU) 的 GND电平与功率器件的源电平（VS_HS,VS_LS）往往是不同的，为了施加最佳的栅极-源极电压，需要对 MCU 信号进行电平转换。这也是栅极驱动器的重要作用之一。

电平转换”型栅极驱动回路

3、隔离控制电路和电源电路

在高压大电流应用中，主电路可能达到几百伏电压和几十安电流。如果控制系统和功率电路之间没有电气隔离，一旦发生故障可能导致漏电甚至触电危险。因此必须使用带隔离功能的栅极驱动IC，这样即使功率侧出现异常，也能有效保护控制电路和使用者的安全。

“绝缘型”栅极驱动回路

这一节的内容较多，大家可以自己下来查看，简单介绍一下，栅极驱动器集成电路隔离的三种方法：光耦隔离、磁隔离和容隔离。

光耦隔离：光耦合由一个发光元件（发光端）和一个受光元件（受光端）组成，输入光耦合器的电流信号通过内部元件转换成光信号，并从发光端传输到受光端。

光耦隔离

磁隔离：这种方法在输入和输出端使用线圈，在隔离的线圈之间传递信号。

磁隔离

容隔离：使用 SiO2 电容、实现输入侧(Transmitter)和输出侧(Receiver)的绝缘、在被绝缘的电容之间传递 AC 信号。

容隔离

光耦隔离虽然成本低，但存在寿命短、速度慢的缺点；

磁隔离和容隔离则具有集成度高、寿命长的优势，特别是CMTI（虑共模瞬态抗扰度）抗干扰能力更强（100V/ns vs 光耦的50V/ns），更适合SiC MOS管等高速开关应用。

案例有元件选型依据和计算过程，并附有完整参考电路图，照着抄作业也能少走弯路。

SCT4018KR 栅极电路图示例

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