前言

在設(shè)計(jì)無(wú)需隔離的互補(bǔ)MOSFET驅(qū)動(dòng)電路時(shí)，如何在控制成本的同時(shí)保證電路穩(wěn)定可靠，是一個(gè)核心難題。這種電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、元件少，常用于消費(fèi)電子和小功率電源。但它有一個(gè)固有缺點(diǎn)：當(dāng)功率管關(guān)閉時(shí)，其兩端電壓的快速變化會(huì)通過(guò)內(nèi)部寄生電容影響到控制極，可能導(dǎo)致控制極電壓意外抬高，甚至引起器件誤開(kāi)啟，嚴(yán)重影響開(kāi)關(guān)動(dòng)作的準(zhǔn)確性和系統(tǒng)穩(wěn)定。以下從關(guān)斷電壓設(shè)置、電路板布局和電荷釋放路徑三個(gè)方面，探討如何在有限成本內(nèi)有效提升其抗干擾能力的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

一、 柵極關(guān)斷電壓的優(yōu)化

標(biāo)準(zhǔn)的不隔離互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)電路在關(guān)斷時(shí)，僅通過(guò)電阻將柵極電壓拉低到參考地，對(duì)干擾噪聲的抑制能力較弱。一種有效的改進(jìn)是為關(guān)斷狀態(tài)提供一個(gè)輕微的負(fù)電壓，例如-3V至-5V。這不僅能加快柵極電荷的釋放速度，縮短關(guān)斷時(shí)間，更重要的是為耦合進(jìn)來(lái)的噪聲設(shè)置了一個(gè)必須額外克服的電壓門(mén)檻，從而顯著降低誤開(kāi)啟的風(fēng)險(xiǎn)。實(shí)現(xiàn)這個(gè)負(fù)壓無(wú)需獨(dú)立的電源，可以參考自舉產(chǎn)生負(fù)壓的方法，利用主電源及開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)自身的動(dòng)作，通過(guò)二極管和電容網(wǎng)絡(luò)來(lái)產(chǎn)生。實(shí)施時(shí)，必須確保最終加在柵極和源極之間的總電壓（包括負(fù)壓和正向驅(qū)動(dòng)電壓）始終不超過(guò)器件的最大允許電壓，通常可以通過(guò)并聯(lián)一個(gè)雙向穩(wěn)壓管來(lái)限壓保護(hù)。

二、 驅(qū)動(dòng)回路布局對(duì)干擾的最小化

驅(qū)動(dòng)回路在電路板上的物理布局對(duì)抑制寄生振蕩至關(guān)重要。走線引入的雜散電感會(huì)與MOSFET的輸入電容形成諧振，在開(kāi)關(guān)瞬間產(chǎn)生高頻振鈴。優(yōu)化布局的核心在于最大限度地控制驅(qū)動(dòng)路徑的阻抗。首先，柵極串聯(lián)電阻應(yīng)盡可能靠近MOSFET的柵極引腳焊接，以減小它前面那段走線的電感。其次，從驅(qū)動(dòng)對(duì)管輸出端到MOSFET柵極的走線應(yīng)盡可能短，并保持足夠的寬度以降低阻抗。此外，驅(qū)動(dòng)信號(hào)的參考地回路需要精心設(shè)計(jì)，建議采用單點(diǎn)接地策略，將驅(qū)動(dòng)級(jí)的地與功率級(jí)的大電流地在MOSFET的源極引腳處匯合，以避免功率地電位的波動(dòng)干擾到敏感的柵極電壓。驅(qū)動(dòng)走線還應(yīng)遠(yuǎn)離電壓變化率高的節(jié)點(diǎn)（如MOSFET的漏極或電源母線），以減少通過(guò)寄生電容耦合進(jìn)來(lái)的干擾。

三、 柵極電荷釋放路徑的增強(qiáng)設(shè)計(jì)

柵極電荷釋放回路的速度與穩(wěn)定性直接影響關(guān)斷行為。傳統(tǒng)單一高阻值釋放電阻方案在速度和抗干擾性上存在不足。可以將其升級(jí)為并聯(lián)結(jié)構(gòu)，即采用一個(gè)較小阻值的電阻與一個(gè)雙向穩(wěn)壓管并聯(lián)。較小阻值的電阻確保了關(guān)斷時(shí)電荷的快速釋放，而并聯(lián)的穩(wěn)壓管則能有效抑制因耦合或干擾引起的柵源電壓異常尖峰。為進(jìn)一步阻斷從功率側(cè)耦合過(guò)來(lái)的異常電流，可在釋放路徑中串聯(lián)一個(gè)快速恢復(fù)二極管，其方向需根據(jù)電流釋放的方向正確設(shè)置。這個(gè)釋放電阻的阻值需要在快速釋放與驅(qū)動(dòng)電路功耗之間取得平衡，通常選擇幾千歐姆的范圍。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，針對(duì)低成本不隔離互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)電路的優(yōu)化，可以通過(guò)對(duì)關(guān)斷電壓、物理布局及電荷釋放回路進(jìn)行針對(duì)性改進(jìn)，在不顯著增加成本的前提下，系統(tǒng)性地提升其抗干擾能力與開(kāi)關(guān)可靠性。這些措施的本質(zhì)在于管理開(kāi)關(guān)過(guò)程中的寄生效應(yīng)與電壓應(yīng)力，其具體實(shí)現(xiàn)需結(jié)合所選MOSFET的柵極電荷、開(kāi)啟閾值電壓及電容參數(shù)進(jìn)行細(xì)致調(diào)整，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證其在最?lèi)毫庸ぷ鳁l件下的穩(wěn)定性。