反激电源X：MOS管的栅极供电

虽然MOS管名义上是压控器件，只要栅极的电压超过其阈值就会控制MOS管导通。但是MOS管电压的上升受米勒效应影响，如果不能向栅极提供足够的电流，那么MOS管的开通时间就会变得很长，从而导致开通损耗很大。更进一步地说，是因为MOS管存在较大的栅极寄生电容，所以需要积累足够的电荷（电流的定义就是单位时间内流过导体横截面的电荷量）才能在栅极形成足够大的栅极电压。

所以MOS管是既要又要的典型。在设计栅极驱动电路或选择栅极驱动芯片时既要提供足够的电压，又要提供足够的电流才能满足MOS管栅极驱动的实际需求。

因为MOS管的米勒效应是MOS管的寄生电容Cgs和Cgd共同作用的结果，而Cgd数值受电压影响且动态变化，所以通常使用MOS管数据手册中Qg（Total Gate Charge）栅极驱动充电总电荷量来计算最小的驱动功率需求、驱动电流需求。

MOS管栅极的驱动功率P=fsw×Qg×△U，其中fsw是开关频率，Qg是栅极驱动充电总电荷，其中△U是驱动电压变化值（驱动电压峰峰值），如栅极驱动电压在0V~+12V，则△U=12V。

为了预留余量，可以按照MOS管栅极的驱动功率2倍以上，结合栅极驱动芯片的功率，设计前级电源的输出功率。

而流过栅极驱动电阻的峰值电流为Imax=0.74×△U/(Rgate+Rg(int)+Rdv)，其中Rgate是MOS管外部栅极驱动电阻，Rg(int)是MOS管内部栅极驱动电阻（可以在MOS管数据手册中找到），Rdv是栅极驱动芯片推挽电路导通电阻。根据这个峰值电流需求，去选择栅极驱动芯片。

上图体现的是已内部集成推挽放大电路的驱动芯片。因为前级的电源距离较远（存在较大的抑制电流流动的杂散电感），所以MOS管栅极的峰值电流是从驱动芯片的VCC供电电容获得的。另外一方面，驱动芯片在驱动时也会从VCC供电电容获取一部分电流。从微观层面来说，驱动芯片和MOS管栅极都从VCC供电电容获取电荷。

那VCC供电电容应该取值多大？假设允许供电电容电压波动△U（考虑最小电压不引起驱动芯片报欠压故障或者人为设置），那么要求供电电容保障电压波动不超过△U。MOS管栅极驱动开通所需的电荷Qg可以从其数据手册获得。驱动芯片所需电荷Qd=Iss×Dmax/fsw，其中Iss表示Power Supply Current (switching)，开关状态由VCC供电电流，Dmax指的是MOS管PWM控制信号最大占空比，fsw表示MOS管控制开关频率。

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

在文章Estimating MOSFET Parameters from the Data Sheet中，列举了一个计算实例，大致摘录如下。

驱动芯片为Micrel MIC4423，MOS管为IRFP350，开关频率为100kHz，供电电压VCC=12V，△U=12V×5%=0.6V，PWM控制信号最大占空比为0.7。

根据驱动芯片手册，Iss为2.5mA。

供电电容的最小值为：

供电电容建议选用ESR小的电容，比如贴片陶瓷电容。从上面公式可以看出，这个电容不能太小，太小则VCC电压下降较多，甚至引起振荡。如果选用的电容较大，因为大电容的杂散电感较大，需要注意在驱动芯片VCC引脚上因导致关断时产生电压尖峰。

最后，在电路板做出样机后，实际测一下驱动芯片VCC引脚上的电压波形，查看所选的Cbypass是不是使得VCC电压波动小于5%。