通过驱动器源极引脚改善开关损耗-传统的MOSFET驱动方法

通过驱动器源极引脚改善开关损耗

本文的关键要点

・MOSFET的寄生电感导致的开关损耗是提升开关速度过程中的一大课题。

・驱动器源极引脚旨在解决该课题。

MOSFET和IGBT等电源开关器件被广泛应用于各种电源应用和电源线路中。需要尽可能地降低这种开关器件产生的开关损耗和传导损耗，但不同的应用其降低损耗的方法也不尽相同。近年来，发现有一种方法可以改善MOSFET和IGBT等的开关损耗问题，那就是带有驱动器源极引脚（所谓的开尔文源极引脚）的新封装。在本文——“通过驱动器源极引脚改善开关损耗”中，将介绍功率开关产品具有驱动器源极引脚的效果以及使用注意事项。

传统的MOSFET驱动方法

为了便于对驱动器源极引脚进行说明，我们先来了解一下传统的MOSFET驱动方法。

MOSFET通常为电压驱动型，通过开/关栅极引脚的电压来控制开关工作。下面是传统TO-247N封装（3引脚）MOSFET的常见栅极驱动电路示例。

驱动电源V_G和MOSFET的栅极引脚Gate之间连接外置电阻R_{G_EXT}，用来控制开关速度，但驱动电路中含有PCB版图的电感L_TRACE和MOSFET源极引脚Source的封装电感L_SOURCE，因此这个参数是需要好好考虑的重要项目。栅极引脚的封装电感包含在L_TRACE中，而漏极引脚Drain的电感L_DRAIN不包含在栅极驱动电路中，因此在这里省略。

由于该驱动电路的具体工作是很基本的而且是常见的，因此在此省略相应的介绍，但需要注意的是，由于流过漏极和源极间的漏极电流I_D的变化，L_SOURCE中会产生电动势V_LSOURCE，这一点在以往的开关速度下很容易被忽略。下面是驱动电路的开关工作中的电压施加情况：

MOSFET被施加V_G并导通后，I_D増加，L_SOURCE沿图中（I）的方向产生V_LSOURCE。另一方面，由于电流I_G流入栅极引脚，因此在R_{G_EXT}上会产生压降V_{RG_EXT}(I)。这些电压包含在导通时的驱动电路网中，如公式（1）所示，它们使MOSFET的导通动作所需的芯片上的电压V_{GS_INT}减少，最终导致导通速度下降。L_TRACE也会产生电动势，但因其非常小而在此省略。

关断时也是同样的原理，由于公式（1）中的I_G和dI_D/dt为负，因此使R_{G_EXT}和L_SOURCE电压上升（II），V_{SG_INT}增加，导致关断速度下降。
一般来讲，电源开关元器件的L_SOURCE为几nH到十几nH，加上当dI_D/dt达到几A/ns时可能会产生10V以上的V_LSOURCE，这些将对MOSFET开关工作产生很大的影响。
驱动器源极引脚是通过消除V_LSOURCE的影响来改善MOSFET开关速度的。

　　审核编辑：汤梓红