反激電源X：MOS管的柵極供電

雖然MOS管名義上是壓控器件，只要柵極的電壓超過其閾值就會控制MOS管導(dǎo)通。但是MOS管電壓的上升受米勒效應(yīng)影響，如果不能向柵極提供足夠的電流，那么MOS管的開通時間就會變得很長，從而導(dǎo)致開通損耗很大。更進一步地說，是因為MOS管存在較大的柵極寄生電容，所以需要積累足夠的電荷（電流的定義就是單位時間內(nèi)流過導(dǎo)體橫截面的電荷量）才能在柵極形成足夠大的柵極電壓。

所以MOS管是既要又要的典型。在設(shè)計柵極驅(qū)動電路或選擇柵極驅(qū)動芯片時既要提供足夠的電壓，又要提供足夠的電流才能滿足MOS管柵極驅(qū)動的實際需求。

因為MOS管的米勒效應(yīng)是MOS管的寄生電容Cgs和Cgd共同作用的結(jié)果，而Cgd數(shù)值受電壓影響且動態(tài)變化，所以通常使用MOS管數(shù)據(jù)手冊中Qg（Total Gate Charge）柵極驅(qū)動充電總電荷量來計算最小的驅(qū)動功率需求、驅(qū)動電流需求。

MOS管柵極的驅(qū)動功率P=fsw×Qg×△U，其中fsw是開關(guān)頻率，Qg是柵極驅(qū)動充電總電荷，其中△U是驅(qū)動電壓變化值（驅(qū)動電壓峰峰值），如柵極驅(qū)動電壓在0V~+12V，則△U=12V。

為了預(yù)留余量，可以按照MOS管柵極的驅(qū)動功率2倍以上，結(jié)合柵極驅(qū)動芯片的功率，設(shè)計前級電源的輸出功率。

而流過柵極驅(qū)動電阻的峰值電流為Imax=0.74×△U/(Rgate+Rg(int)+Rdv)，其中Rgate是MOS管外部柵極驅(qū)動電阻，Rg(int)是MOS管內(nèi)部柵極驅(qū)動電阻（可以在MOS管數(shù)據(jù)手冊中找到），Rdv是柵極驅(qū)動芯片推挽電路導(dǎo)通電阻。根據(jù)這個峰值電流需求，去選擇柵極驅(qū)動芯片。

上圖體現(xiàn)的是已內(nèi)部集成推挽放大電路的驅(qū)動芯片。因為前級的電源距離較遠（存在較大的抑制電流流動的雜散電感），所以MOS管柵極的峰值電流是從驅(qū)動芯片的VCC供電電容獲得的。另外一方面，驅(qū)動芯片在驅(qū)動時也會從VCC供電電容獲取一部分電流。從微觀層面來說，驅(qū)動芯片和MOS管柵極都從VCC供電電容獲取電荷。

那VCC供電電容應(yīng)該取值多大？假設(shè)允許供電電容電壓波動△U（考慮最小電壓不引起驅(qū)動芯片報欠壓故障或者人為設(shè)置），那么要求供電電容保障電壓波動不超過△U。MOS管柵極驅(qū)動開通所需的電荷Qg可以從其數(shù)據(jù)手冊獲得。驅(qū)動芯片所需電荷Qd=Iss×Dmax/fsw，其中Iss表示Power Supply Current (switching)，開關(guān)狀態(tài)由VCC供電電流，Dmax指的是MOS管PWM控制信號最大占空比，fsw表示MOS管控制開關(guān)頻率。

也即是，△U=Q/C=(Qg+Iss×Dmax/fsw)/Cbypass，即可算出供電電容Cbypass的最小容值。

在文章Estimating MOSFET Parameters from the Data Sheet中，列舉了一個計算實例，大致摘錄如下。

驅(qū)動芯片為Micrel MIC4423，MOS管為IRFP350，開關(guān)頻率為100kHz，供電電壓VCC=12V，△U=12V×5%=0.6V，PWM控制信號最大占空比為0.7。

根據(jù)驅(qū)動芯片手冊，Iss為2.5mA。

供電電容的最小值為：

供電電容建議選用ESR小的電容，比如貼片陶瓷電容。從上面公式可以看出，這個電容不能太小，太小則VCC電壓下降較多，甚至引起振蕩。如果選用的電容較大，因為大電容的雜散電感較大，需要注意在驅(qū)動芯片VCC引腳上因?qū)е玛P(guān)斷時產(chǎn)生電壓尖峰。

最后，在電路板做出樣機后，實際測一下驅(qū)動芯片VCC引腳上的電壓波形，查看所選的Cbypass是不是使得VCC電壓波動小于5%。