在给定 Qg(栅极电荷)、Vgs(GS 结电压)和栅极电阻的情况下,如何确定 MOSFET 的开关速度?我应该如何确定所需的栅极电阻值?
确定 MOSFET 开关速度
从驱动电路的角度来看,栅极对源极来说就像一个电容器。它实际上对漏极也有一些电容,但这已在总栅极电荷图中考虑在内。您知道栅极必须改变的电压以及为实现这一目标而必须转移的电荷。从那里计算等效电容很简单:法拉 = 库伦 / 伏特。获得电容后,R*C 时间常数可以让您了解在栅极电阻器另一侧有阶跃输入的情况下,栅极的转换速度有多快。例如,要达到最终栅极电压的 90%,需要 2.3 个时间常数。
当 FET 实际“切换”时更加棘手。在特定的栅极电压下,FET 不会突然从完全关闭变为完全打开,但存在一个栅极电压,在该电压下,微小的增量变化将对 FET 输出特性产生最大的影响。您必须确定“开关”的真正含义是多开和多关,然后确定代表的栅极电压范围。然后,您可以使用等效的 RC 模型来确定阶跃输入将导致它在该区域中摆动的速度。例如,如果您决定大部分开关发生在栅极电压的 20% 到 80% 之间,那么这将是 1.4 个时间常数。
大部分开关动作发生在栅极电压稳定在阈值电压 Vgsth 时,此时漏极电压迅速下降,所谓的米勒效应将阈值保持在那里,直到漏极达到最小值:

(来自https://web.archive.org/web/20120324165247/http://www.ti.com/lit/ml/slup097/slup097.pdf)
举一个实际的例子,假设您有一个IRL540N,您使用 5V 电源和 100 欧姆串联电阻驱动它。
栅极阈值规定在 1 到 2 V 之间。这意味着栅极充电电流为 30-40mA。总栅极电荷规定为 <74nC,因此您所说的最大开关时间为 t = Qmax/Imin = 74nC/30mA = 2.47 微秒。
为什么不使用零电阻的栅极电阻器?
几个原因:
MOSFET 中的寄生源极电感会导致高频振荡,或至少会导致高度欠阻尼的导通
出于 EMI 的原因,您通常希望适当地调整开启时间。
而在半桥栅极驱动中,通常使用与导通电阻并联的二极管,以使关断快而导通慢。否则,由于超出本文范围的原因,您可能会被击穿。(如果我有时间,我会写一篇关于它的博客文章并发布一个链接。)