[发明专利]MOSFET栅极驱动器中的DV/DT控制

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2015年6月11日提交的美国临时申请No.62/174,229的优先权，该美国临时申请的内容通过引用结合于本文中。

技术领域

本发明涉及用于MOSFET栅极驱动器的dV/dt控制。

背景技术

由于许多原因，MOSFET经常用于低电压、高电流的应用。特别地，MOSFET呈现出高输入阻抗，并且来自MOSFET的损耗由“导通”状态电阻支配，该电阻可以非常小，从而尽量减小损耗。MOSFET也具有较高的开关速度。

MOSFET是三端器件，即栅极端、漏极端和源极端。然而，除了这三个端之外，所有MOSFET都具有内部电容。这些电容包括栅极和漏极之间的Cgd或Miller电容，栅极和源极之间的电容Cgs以及漏极和源极之间的电容Cds。MOSFET也具有一些内部电感，但电感量很小，只影响极高频率下MOSFET的工作。因此，可以忽略MOSFET的内部电感。

栅极和源极之间的电容Cgs通常在1到几十纳米的范围内，其受到的MOSFET运行的主要影响是驱动MOSFET所需的能量。特别地，一定量的电荷必须被充入栅极电容然后再将其从栅极电容移除形成，持续一个开/关周期，即MOSFET的开关频率。即使漏极到源极电压为零，仍然必须施加开关能量并随后移除。

通常称为米勒电容的栅端至漏端的电容Cgd以完全不同的方式影响MOSFET的工作。特别地，当MOSFET在漏极和源极之间以零电压导通时，例如，在同步整流中，米勒电容简单地与Cgs并联，并且该电容在其RC时间常数之外没有动态效应。发生这种情况是因为Vgd由于FET切换而没有发生改变。然而，当MOSFET以一定量的Yds，即在典型情况下，被导通时，则米勒电容必须通过不仅仅是栅极电压被放电(或充电)。

如果MOSFET栅极未连接，即浮栅，则Miller和栅极电容器在漏极、栅极和源极之间形成电容分压器。因此，漏源电压的任何变化通过相应的电容分压比被施加到栅极。

由于在器件内没有阻止放电的阻抗，所以Yds的变化率并不重要。然而，Yds的变化率会通过这两个电容器影响在漏极和源极之间的峰值电流。因此，电压变化越快，电流脉冲越大。

例如，在一个部件号为AUIRFS3006的MOSFET中，米勒电容约为0.8纳法，而米勒电容加上Cgs约为9.2纳法。因此，经由栅极通路的漏极到源极电容等于约0.74纳法，电容分压比约为10。

通常选择栅极电阻来控制FET开关。具体来说，为了减慢FET的开关速度，需要增加栅极电阻直至达到所需的dV/dt值。这不仅减慢了器件开关转换速度，而且显著地延迟了栅极驱动器导通和FET栅极达到其阈值的时间。

增大栅极电阻也延迟了FET的关断时间。因此，简单地增大栅极电阻以减缓FET的导通的开关边沿对FET的关断时间产生负面影响。

改变栅极电阻最终会改变FET的开关时间，但是这非常依赖于几个条件。首先，对于电阻性负载或温和感性负载，FET的导通时间可能会被延缓和受控。在电动机驱动中，FET在电动机的电循环期间经历了许多不同的状况。因此，如果将FET减慢到反向恢复被控制的程度，则可能会导致FET的击穿。这可能导致形成FET的死区。

发生这种情况是因为栅极电阻控制栅极的充电，并且在平台期，由于栅极电压是恒定的，所以栅极电阻基本上像电流源一样。由该电流源确定栅极充电的速率。因此，问题在于所需的充电速率(每秒库仑)是不同的，这取决于FET在给定dV/dt下的工作状况。因此，固定栅极电阻是每秒钟电荷量固定的器件，至少在平台期，基于FET周围的条件，这可能不会导致相同的最终dV/dt。

此外，栅极电阻限制了器件可用的电荷量，使得dV/dt不是在所有条件下都可控。

发明内容

本发明提供了一种用于MOSFET栅极驱动器的dV/dt控制，其通过降低MOSFET的开关速度来克服上述缺点。

简而言之，本发明包括串联连接在MOSFET的漏极和栅极输入端之间的电容和电阻。输入信号连接在位于所述MOSFET的所述电容和电阻之间的结与源极之间。

于是，该电容的值被选择为用以有效地减少MOSFET的开关时间并有效降低MOSFET的转换速度。

附图说明

当结合附图阅读时，并参考以下详细描述将会更好地理解本发明，其中相同的附图标记表示相同的部件，并且其中：

图1是图示了本发明的示意图。

具体实施方式