使用低側(cè)柵極驅(qū)動器驅(qū)動mosfet在照明、功率轉(zhuǎn)換、電磁閥驅(qū)動、電機控制和其他負載應用的地電壓不穩(wěn)的系統(tǒng)中很常見。柵極驅(qū)動器能設計為可提供能驅(qū)動所需的高峰值電流。許多hvic（高電壓ic）設備用來驅(qū)動半橋拓撲應用，因此包括一個低側(cè)柵極驅(qū)動器。為大多數(shù)應用設計并選擇低端柵極驅(qū)動器很簡單，只需基本了解驅(qū)動它們所需的功率mosfet管的基本特征和驅(qū)動所需信號即可。盡管照明和阻性發(fā)熱等阻性負載可能在應用中占少數(shù)，但為簡潔性本文以驅(qū)動純阻性負載為列來做說明。
mosfet的柵極電荷基本特性
mosfet的柵極電荷參數(shù)反映了正常工作時區(qū)域的工作狀況。飛兆an-7502功率mosfet開關(guān)波形深入解釋了mosfet在不同應用中相對應的不同區(qū)域。
在選擇合適大小的柵極驅(qū)動器時，與輸出電流能力的相關(guān)的mosfet參數(shù)主要包括：
qg(th) – 達到閾值電壓所需的柵極電荷
qgs2 – 從閾值電壓到平臺電壓所需的柵極電荷
qg(tot) – 達到*“導通”電壓的總柵極電荷
在圖1a中，pspice模型中的1ma恒流源用于幫助創(chuàng)建帶阻性負載時導通期間典型柵極波形（圖1b）的曲線。柵極電荷與顯示的時間軸成正比，比例系數(shù)為0.001?？蔀榱己媒５娜魏蝝osfet輕松創(chuàng)建類似設備特定的曲線。
在區(qū)域i中，柵極電壓上升至vth（柵極閾值電壓），然后mosfet開始導通。區(qū)域i結(jié)束時的柵極電荷為qg(th)。
在區(qū)域ii中，柵極電壓上升至平臺區(qū)，漏極電壓達到vdk（漏極膝點電壓）標志來到這一區(qū)域，同時漏極電流的上升斜率(di/dt)顯著減小。在區(qū)域ii中，不僅柵極驅(qū)動電路驅(qū)動柵極，而且源極電感和漏極至柵極的電容提供負反饋影響柵極的驅(qū)動。源極電感主要由mosfet的綁定線（bond wires）和封裝引腳構(gòu)成。實際使用中，此區(qū)域可能表現(xiàn)為高速振鈴。新的無引線mosfet封裝往往具有更低的寄生電感，因此自電流快速變化帶來的影響也更小。區(qū)域ii結(jié)束時的柵極電荷為qg(th) + qgs2。
在區(qū)域iii或稱柵極平臺區(qū)（米勒平臺）域中，漏極的dv/dt減小。漏極電流的di/dt也相應減小。注意電壓和電流波形中的膝點vdk和idk。在區(qū)域iii中，柵極電荷增加，但柵極電壓幾乎不變，直到器件達到*導通狀態(tài)。區(qū)域iii結(jié)束時的柵極電荷通常不由制造商標出。
在區(qū)域iv中，也就是在柵極平臺區(qū)后，增大柵極電壓將繼續(xù)降低導通電阻rds（漏極至源極電阻）。在特定柵極電壓和環(huán)境溫度下達到已知rds點所需的柵極電荷標為qg(tot)。對于標準柵極器件來說，這通常為10v，而對于邏輯電平器件來說，為4.5至5v。用于特定低電壓開關(guān)應用中具有較低閾值的mosfet的柵極電壓則有所不同。
如rds（漏極至源極電阻） 和vth （柵極閾值電壓）等mosfet的參數(shù)將隨溫度而變化，這在大多數(shù)設計中都很重要。但是，柵極電荷參數(shù)不那么依賴半導體工藝處理，而更多地與裸片幾何尺寸相關(guān)，因此具有zui小的溫度變化影響。
初始設計考量
通常，設計人員需要先確定zui小柵極驅(qū)動輸出要求。柵極驅(qū)動電路必須能夠在一段既定的時間內(nèi)提供所需的qg(tot)。其次，必須減少區(qū)域ii和iii上的轉(zhuǎn)換時間以zui大程度地減少開關(guān)損耗。
柵極驅(qū)動器標出了多個參數(shù)，以幫助設計人員根據(jù)這些要求確定驅(qū)動器的大小。在固定容性負載下，吸入isink和輸出isource電流能力在對應vdd/2或中值電壓點時標出。同樣標有上升和下降時間。在某些情況下，負載特性可能需要不同的導通和關(guān)斷能力。盡管mosfet的vth通常比用于驅(qū)動柵極的vdd小，柵極rg上的電壓在關(guān)斷期間的柵極平臺區(qū)較低。因此， 許多低側(cè)柵極驅(qū)動器為比高側(cè)驅(qū)動器設計得有更強的的電流能力來補償rg上電壓的降低帶來的影響。
額定電流值是柵極驅(qū)動器選擇中的主要參數(shù)。實際上，柵極驅(qū)動器系列通常用額定電流值來區(qū)分。飛兆提供1、2、4和9a的低電壓系列。
第二重要的因素包括在多通道器件中的傳導延遲，傳導匹配柵極驅(qū)動器的輸出驅(qū)動能力也受到裸片和封裝的總熱耗散能力搜限制，同時也受到開關(guān)頻率的影響。
在第2部分中，我們將探討zui常見的低電壓柵極驅(qū)動器電路和一些其他設計小技巧。