MOSFET作為功率開關管，已經是是開關電源領域的絕對主力器件。雖然MOSFET作為電壓型驅動器件，其驅動表面上看來是非常簡單，但是詳細分析起來并不簡單。下面我會花一點時間，一點點來解析MOSFET的驅動技術，以及在不同的應用，應該采用什么樣的驅動電路。
首先，來做一個實驗，把一個MOSFET的G懸空，然后在DS上加電壓，那么會出現什么情況呢？很多工程師都知道，MOS會導通甚至擊穿。這是為什么呢？因為我根本沒有加驅動電壓，MOS怎么會導通？用下面的圖，來做個仿真：
去探測G極的電壓，發現電壓波形如下：
G極的電壓居然有4V多，難怪MOSFET會導通，這是因為MOSFET的寄生參數在搗鬼。
這種情況有什么危害呢？實際情況下，MOS肯定有驅動電路的么，要么導通，要么關掉。問題就出在開機，或者關機的時候，最主要是開機的時候，此時你的驅動電路還沒上電。但是輸入上電了，由于驅動電路沒有工作，G級的電荷無法被釋放，就容易導致MOS導通擊穿。那么怎么解決呢？
在GS之間并一個電阻.
那么仿真的結果呢：
幾乎為0V.
什么叫驅動能力，很多PWM芯片，或者專門的驅動芯片都會說驅動能力，比如384X的驅動能力為1A，其含義是什么呢？
MOSFET作為功率開關管，已經是是開關電源領域的絕對主力器件。雖然MOSFET作為電壓型驅動器件，其驅動表面上看來是非常簡單，但是詳細分析起來并不簡單。下面我會花一點時間，一點點來解析MOSFET的驅動技術，以及在不同的應用，應該采用什么樣的驅動電路。
首先，來做一個實驗，把一個MOSFET的G懸空，然后在DS上加電壓，那么會出現什么情況呢？很多工程師都知道，MOS會導通甚至擊穿。這是為什么呢？因為我根本沒有加驅動電壓，MOS怎么會導通？用下面的圖，來做個仿真：
去探測G極的電壓，發現電壓波形如下：
G極的電壓居然有4V多，難怪MOSFET會導通，這是因為MOSFET的寄生參數在搗鬼。
這種情況有什么危害呢？實際情況下，MOS肯定有驅動電路的么，要么導通，要么關掉。問題就出在開機，或者關機的時候，最主要是開機的時候，此時你的驅動電路還沒上電。但是輸入上電了，由于驅動電路沒有工作，G級的電荷無法被釋放，就容易導致MOS導通擊穿。那么怎么解決呢？
在GS之間并一個電阻.
那么仿真的結果呢：
幾乎為0V.
什么叫驅動能力，很多PWM芯片，或者專門的驅動芯片都會說驅動能力，比如384X的驅動能力為1A，其含義是什么呢？
假如驅動是個理想脈沖源，那么其驅動能力就是無窮大，想提供多大電流就給多大。但實際中，驅動是有內阻的，假設其內阻為10歐姆，在10V電壓下，最多能提供的峰值電流就是1A，通常也認為其驅動能力為1A。
那什么叫驅動電阻呢，通常驅動器和MOS的G極之間，會串一個電阻，就如下圖的R3。
驅動電阻的作用，如果你的驅動走線很長，驅動電阻可以對走線電感和MOS結電容引起的震蕩起阻尼作用。但是通常，現在的PCB走線都很緊湊，走線電感非常小。
第二個，重要作用就是調解驅動器的驅動能力，調節開關速度。當然只能降低驅動能力，而不能提高。
對上圖進行仿真，R3分別取1歐姆，和100歐姆。下圖是MOS的G極的電壓波形上升沿。
紅色波形為R3=1歐姆，綠色為R3=100歐姆。可以看到，當R3比較大時，驅動就有點力不從心了，特別在處理米勒效應的時候，驅動電壓上升很緩慢。
下圖，是驅動的下降沿
同樣標稱7A的mos，不同的廠家，不同的器件，參數是不一樣的。所以沒有什么公式可以去計算。
那么驅動的快慢對MOS的開關有什么影響呢？下圖是MOS導通時候DS的電壓：
紅色的是R3=1歐姆，綠色的是R3=100歐姆。可見R3越大，MOS的導通速度越慢。
下圖是電流波形
紅色的是R3=1歐姆，綠色的是R3=100歐姆。可見R3越大，MOS的導通速度越慢。
可以看到，驅動電阻增加可以降低MOS開關的時候得電壓電流的變化率。比較慢的開關速度，對EMI有好處。下圖是對兩個不同驅動情況下，MOS的DS電壓波形做付利葉分析得到
紅色的是R3=1歐姆，綠色的是R3=100歐姆。可見，驅動電阻大的時候，高頻諧波明顯變小。
但是驅動速度慢，又有什么壞處呢？那就是開關損耗大了，下圖是不同驅動電阻下，導通損耗的功率曲線。
紅色的是R3=1歐姆，綠色的是R3=100歐姆。可見，驅動電阻大的時候，損耗明顯大了。
結論：驅動電阻到底選多大？還真難講，小了，EMI不好，大了，效率不好。
所以只能一個折中的選擇了。
那如果，開通和關斷的速度要分別調節，怎么辦？就用以下電路。
MOSFET的自舉驅動。
對于NMOS來說，必須是G極的電壓高于S極一定電壓才能導通。那么對于對S極和控制IC的地等電位的MOS來說，驅動根本沒有問題，如上圖。
但是對于一些拓撲，比如BUCK（開關管放在上端），雙管正激，雙管反激，半橋，全橋這些拓撲的上管，就沒辦法直接用芯片去驅動，那么可以采用自舉驅動電路。
看下圖的BUCK電路：
加入輸入12V，MOS的導通閥值為3V，那么對于Q1來說，當Q1導通之后，如果要維持導通狀態，Q1的G級必須保證15V以上的電壓，因為S級已經有12V了。
那么輸入才12V，怎么得到15V的電壓呢？
其實上管Q1驅動的供電在于 Cboot。
看下圖，芯片的內部結構：
Cboot是掛在boot和LX之間的，而LX卻是下管的D級，當下管導通的時候，LX接地，芯片的內部基準通過Dboot（自舉二極管）對Cboot充電。當下管關，上管通的時候，LX點的電壓上升，Cboot上的電壓自然就被舉了起來。這樣驅動電壓才能高過輸入電壓。
當然芯片內部的邏輯信號在提供給驅動的時候，還需要Level shift電路，把信號的電平電壓也提上去。
Buck電路，現在有太多的控制芯片集成了自舉驅動，讓整個設計變得很簡單。但是對于，雙管的，橋式的拓撲，多數芯片沒有集成驅動。那樣就可以外加自舉驅動芯片，48V系統輸入的，可以采用Intersil公司的ISL21XX，HIP21XX系列。如果是AC/DC中，電壓比較高的，可以采用IR的IR21XX系列。
下圖是ISL21XX的內部框圖。
其核心的東西，就是紅圈里的boot二極管，和Level shift電路。
ISL21XX驅動橋式電路示意圖：
驅動雙管電路：
驅動有源鉗位示意圖：
當然以上都是示意圖，沒有完整的外圍電路，但是外圍其實很簡單，參考datasheet即可。
ISL21XX驅動橋式電路示意圖：
驅動雙管電路：
驅動有源鉗位示意圖：
當然以上都是示意圖，沒有完整的外圍電路，但是外圍其實很簡單，參考datasheet即可。
自舉電容主要在于其大小，該電容在充電之后，就要對MOS的結電容充電，如果驅動電路上有其他功耗器件，也是該電容供電的。所以要求該電容足夠大，在提供電荷之后，電容上的電壓下跌最好不要超過原先值的10%，這樣才能保證驅動電壓。但是也不用太大，太大的電容會導致二極管在充電的時候，沖擊電流過大。
對于二極管，由于平均電流不會太大，只要保證是快速二極管。當然，當自舉電壓比較低的時候，這個二極管的正向壓降，盡量選小的。
電容沒什么，磁片電容，幾百n就可以了。但是二極管，要超快的，而且耐壓要夠。電流不用太大，1A足夠。
隔離驅動。當控制和MOS處于電氣隔離狀態下，自舉驅動就無法勝任了，那么就需要隔離驅動了。下面來討論隔離驅動中最常用的，變壓器隔離驅動。
看個最簡單的隔離驅動電路，被驅動的對象是Q1。
其實MOS只是作為開關管，需要注意的是電機是感性器件，還有電機啟動時候的沖擊電流。還有堵轉時候的的啟動電流。
驅動源參數為12V ，100KHz， D=0.5。
驅動變壓器電感量為200uH，匝比為1：1。
紅色波形為驅動源V1的輸出，綠色為Q1的G級波形。可以看到，Q1-G的波形為具有正負電壓的方波，幅值6V了。
為什么驅動電壓會下降呢，是因為V1的電壓直流分量，完全被C1阻擋了。所以C1也稱為隔直電容。
下圖為C1上的電壓。
其平均電壓為6V，但是峰峰值，卻有2V，顯然C1不夠大，導致驅動信號最終不夠平。那么把C1變為470n。Q1-G的電壓波形就變成如下：
驅動電壓變得平緩了些。如果把驅動變壓器的電感量增加到500uH。驅動信號就如下圖：
驅動信號顯得更為平緩。
從這里可以看到，這種驅動，有個明顯的特點，就是驅動電平，最終到達MOS的時候，電壓幅度減小了，具體減小多少呢，應該是D*V，D為占空比，那么如果D很大的話，驅動電壓就會變得很小，如下圖，D=0.9
發現驅動到達MOS的時候，正壓不到2V了。顯然這種驅動不適合占空比大的情況。
從上面可以看到，在驅動工作的時候，其實C1上面始終有一個電壓存在，電壓平均值為V*D，也就是說這個電容存儲著一定的能量。那么這個能量的存在，會帶來什么問題呢？
下面模擬驅動突然掉電的情況：
可見，在驅動突然關掉之后，C1上的能量，會引起驅動變的電感，C1以及mos的結電容之間的諧振。如果這個諧振電壓足夠高的話，就會觸發MOS，對可靠性帶來危害。
那么如何來降低這個震蕩呢，在GS上并個電阻，下圖是并了1K電阻之后波形：
但是這個電阻會給驅動帶來額外的損耗。
如何傳遞大占空比的驅動：
看一個簡單的驅動電路。
當D=0.9的時候
紅色波形為驅動源輸出，綠色為到達MOS的波形。基本保持了驅動源的波形。
同樣，這個電路在驅動掉電的時候，比如關機，也會出現震蕩。
而且似乎這個問題比上面的電路還嚴重。
下面嘗試降低這個震蕩，首先把R5改為1K
確實有改善，但問題還是嚴重，繼續在C2上并一個1K的電阻。
綠色的波形，確實更改善了一些，但是問題還是存在。這是個可靠性的隱患。
對于這個問題如何解決呢？可以采用soft stop的方式來關機。soft stop其實就是soft start的反過程，就是在關機的時候，讓驅動占空比從大往小變化，直到關機。很多IC已經集成了該功能。
可看到，驅動信號在關機的時候，沒有了上面的那些震蕩。
對于半橋，全橋的驅動，由于具有兩相驅動，而且相位差為180度，那么如何用隔離變壓器來驅動呢？
采用一拖二的方式，可以來驅動兩個管子。
下圖，是兩個驅動源的波形：
通過變壓器傳遞之后，到達MOS會變成如下：
在有源鉗位，不對稱半橋，以及同步整流等場合，需要一對互補的驅動，那么怎么用一路驅動來產生互補驅動，并且形成死區。可用下圖。
波形如下圖：
