先前已經介紹了TOSHIBA的MOSFET 應用在LLC 架構上, 然而驅動MOSFET 也是電源設計上重要的環節,本篇將介紹MOSFET Gate Drive Circuit.
一般我們常用的雙極晶體管為電流驅動元件,而 MOSFET 是電壓驅動元件。圖一說明了一個雙極晶體管。 必須在基極和發射極端子之間施加電流以在集電極中產生電流。 圖二則顯示了一個 MOSFET,當在柵極和源極端子之間施加電壓時，它會在漏極中產生電流。MOSFET 的柵極由氧化矽層組成。 由於柵極與源極絕緣,因此在柵極端子上施加直流電壓,理論上不會導致電流在柵極中流動，除非是在柵極充電和放電的瞬態期間。 但實際上,柵極具有幾納安數量級的微小電流。 當柵極和源極端子之間沒有電壓時,由於漏源阻抗非常高,除了漏電流外,漏極中沒有電流流動。
圖一:
圖一:『Driving a bipolar transistor』(註1) 出處 TOSHIBA MOSFET Gate Drive Circuit Application Note.
圖二:
圖二:『Driving a MOSFET』(註1) 出處 TOSHIBA MOSFET Gate Drive Circuit Application Note.
一般我們常用的雙極晶體管為電流驅動元件,而 MOSFET 是電壓驅動元件。圖一說明了一個雙極晶體管。 必須在基極和發射極端子之間施加電流以在集電極中產生電流。 圖二則顯示了一個 MOSFET,當在柵極和源極端子之間施加電壓時，它會在漏極中產生電流。MOSFET 的柵極由氧化矽層組成。 由於柵極與源極絕緣,因此在柵極端子上施加直流電壓,理論上不會導致電流在柵極中流動，除非是在柵極充電和放電的瞬態期間。 但實際上,柵極具有幾納安數量級的微小電流。 當柵極和源極端子之間沒有電壓時,由於漏源阻抗非常高,除了漏電流外,漏極中沒有電流流動。
圖一:
圖一:『Driving a bipolar transistor』(註1) 出處 TOSHIBA MOSFET Gate Drive Circuit Application Note.
圖二:
圖二:『Driving a MOSFET』(註1) 出處 TOSHIBA MOSFET Gate Drive Circuit Application Note.
MOSFET 具有以下4點特性：
1. MOSFET 為電壓驅動器件,所以沒有直流電流流入柵極。
2.為了導通 MOSFET,必須向柵極施加高於額定柵極閾值電壓 Vth 的電壓。
3.在穩定的開或關狀態下,MOSFET 柵極驅動基本不消耗功率。
4. 驅動器輸出看到的 MOSFET 柵源電容隨其內部狀態而變化。
MOSFET 通常用作頻率範圍從幾 kHz 到幾百 kHz 以上的開關器件,柵極驅動所需的低功耗是 MOSFET作為開關器件的優勢, 專為低壓驅動設計的 MOSFET 也可用。
在MOSFET 驅動上,我們可以將 MOSFET 的柵極視為電容。 圖三顯示了 MOSFET 內部結構中有著不同等效電容。除非 MOSFET 的柵極輸入電容被充電,否則 MOSFET 的柵極電壓不會增加，並且 MOSFET 在其柵極電壓達到柵極閾值電壓 Vth 之前不會導通。 MOSFET 的柵極閾值電壓 Vth 定義為在其源極和漏極區域之間創建導電溝道所需的最小柵極偏置。在考慮驅動電路和驅動電流時,MOSFET 的柵極電荷 Qg 比其電容更重要。
圖三:
圖三:『Capacitances in a MOSFET』(註1) 出處 TOSHIBA MOSFET Gate Drive Circuit Application Note.
今天將MOSFET的內部結構做了簡單的說明一下回將介紹 MOFET的充電電荷該如何計算,這對我們在設計驅動電路的初步評估有很大的幫助.