MOSFET和IGBT栅极驱动器电路的基本原理的学习（1）

1.MOSFET相对于三极管的优势
其中一个优势是，MOSFET 器件在高频开关应用中使用 应用非常重要。MOSFET 晶体管更加容易驱动，因为其控制电极与导电器件隔离，所以不需要连续的导通电流。一旦 MOSFET 晶体管开通，它的驱动电流几乎为零。而且，控制电荷大量减少，MOSFET 晶体管的存储时间也相应大幅减少。这基本上消除了导通压降和关断时间之间的设计权衡问题，而开通状态压降与控制电荷成反比。
2.影响开关性能的最重要的寄生器件

（1）寄生电容
更复杂的问题由电容器 CGD 在开关应用中 引起， 因为它位于器件输入和输出端之间的反馈路径中。因此，它在开关应用中的 有效值 可能大得多，具体取决于 MOSFET 的漏源电压。这种现象称为“米勒”效应。
米勒效应：
密勒效应（Miller effect）是在电子学中，反相放大电路中，输入与输出之间的分布电容或寄生电容由于放大器的放大作用，其等效到输入端的电容值会扩大1+K倍，其中K是该级放大电路电压放大倍数。
密勒电容对器件的频率特性有直接的影响。
例如，对于BJT：在共射（CE）组态中，集电结电容势垒电容正好是密勒电容，故CE组态的工作频率较低。
对于MOSFET：在共源组态中，栅极与漏极之间的覆盖电容Cdg是密勒电容，Cdg正好跨接在输入端(栅极)与输出端（漏极）之间，故密勒效应使得等效输入电容增大，导致频率特性降低。
（2）寄生电阻
（3）寄生电感
3.钳位电感式开关
开关模式电源中所用的大多数 MOSFET 晶体管和高速栅极驱动电路都工作在该工作模式下。

图中显示了最简单的钳位电感式开关模型，其中直流电流源代表电感器。在短暂的开关切换期间，它的电流可以认为是常数。二极管在 MOSFET 关断时提供一条电流路径，并将器件的漏极钳位到由电池表示的输出电压。
钳位的概念：钳位是指将某点的电位限制在规定电位的措施，是一种过压保护技术。产生这个措施的那些电路叫做钳位电路（clamping circuit）。钳位电路的作用是将周期性变化的波形的顶部或底部保持在某一确定的直流电平上。从而提高整个电路的工作稳定性。在钳位电路中存在钳位二极管（clamping diode），钳位二极管，产生钳位电压。
4.开通过程
（1）第一阶段：开通延时：主要给CGS充电，栅极电压逐渐增大，CGD电压逐渐减小，漏极电压电流保持不变。
（2）第二阶段：栅极电压从充电阀值电压上升到米勒电压，漏极电流增大，漏极电压不变。
（3）第三阶段：栅极已充电至足够电压 ，可以承载完整的负载电流且整流器二极管关断。此时，允许漏极电压下降。当器件上的漏极电压下降时，栅源极电压保持稳定。这就是栅极电压波形中的米勒平坦区域。驱动器提供的所有栅极电流都被转移，从而对 C GD 电容器充电，以便在漏源极端子上实现快速的电压变化。现在，器件的漏极电流受到外部电路（这是直流电流源）的限制，因此保持恒定。
（4）第四阶段：通过施加更高的栅极驱动电压，充分增强 MOSFET 的导通通道。V GS 的最终幅值决
定了开通期间器件的最终导通电阻。
5.关断过程
（1）第一阶段：关断延迟，需要将 C ISS 电容从初始值放电至米勒平坦电平。过驱电压降低，器件的漏极电压略有上升。漏极的电流保持不变。
（2）第二阶段：MOSFET 的漏源电压从 ID⋅RDS(on) 上升至最终的 V DS,off 电平，由整流器二极管钳位至输出电压。
（3）第三阶段：开始用二极管开通表示，因此为负载电流提供了一个替代路径。
（4）第四阶段：输入电容完全放电。

6.功率损耗
（1）栅极驱动损耗
（2）开关损耗
7.源极电感对开关性能的影响
源极电感对开关性能的影响最大。典型电路中寄生源极电感有两个来源：巧妙集成在 MOSFET 封装中的源极接合线以及源极引线和共用接地之间的印刷电路板线路电感。这通常是指功率级高频滤波器电容器和栅极驱动器的旁路电容器的负电极。加宽电感的线路。