【導讀】完整的分立負載開關及熱插撥外圍電路，包括如下元件：G極電阻總和RG及其并聯快關斷二極管D1；功率MOSFET的G、S外加電容CGS1；G、D外加電容CGD1和電阻RGD。以下將介紹分立負載開關及熱插撥設計的7個步驟。
RG為G極電阻總和，包括功率MOSFET內部電阻，驅動芯片上拉電阻，外加串聯電阻RG1。
圖1：負載開關和熱插撥完整外圍電路
其中，D1、CGD1和RGD為可選元件，根據電路設計要求決定是否需要外加。
分立負載開關和熱插撥的外圍電路設計步驟如下：
1、初步選取功率MOSFET
初步選取功率MOSFET的參數包括電壓、導通電阻和封裝：
（1）根據輸入電壓選取功率MOSFET的耐壓
（2）根據系統設計的要求選取相應的封裝
（3）根據穩定工作的損耗限制，選取功率MOSFET的導通電阻
（4）根據功率MOSFET在線性區工作的時間和最大電流，選取安全工作區SOA滿足要求的功率MOSFET
2、選取外加電容CGD1
根據輸出電壓上電時間控制精度的要求，確定是否需要外加電容CGD1。如果需要外加電容CGD1，設定外加電容CGD1的值：
CGD1>10Crss
由此選取相應的標準電容值。
3、選取G極外加的電阻RG1
米勒平臺區這個階段的時間也就是dV/dt的時間，柵極電壓恒定，流過柵極電阻RG的電流等于流過電容CGD1的電流。根據系統要求的輸出電壓的上電時間Ton、輸出電壓Vo、CGD1、VCC和VGP已知，由下面公式計算G極串聯總電阻RG：
其中，dVDS/dt=Vo/Ton
圖2：熱插撥起動波形
例如：通信系統-48V的熱插撥，要求軟起動的時間為15mS，那么：
如果沒有外加電容CGD1，公式中的CGD1就使用Crss代替，Crss隨電壓變化，因此最好使用QGD來計算。由RG可以得到G極額外串聯的電阻RG1的值，選取相應的標準電阻值。
4、選取外加電容CGS1
根據系統浪涌電流和di/dt的要求，使用上面公式就可以求出外加的電容CGS1，由此選取相應的標準電容值。不同的CGS1值可以改變過沖的峰值浪涌電流的大小。
5、選取是外加RGD的阻值
根據測試的實際情況，確定電路是否有振蕩或功率MOSFET是否有誤導通。如果有振蕩或誤導通，就需要外加RGD。CGD1串聯電阻RGD通常選取較小的值，RG>>RGD，阻值取值范圍：RGD=1-50mOhm。
功率MOSFET的跨導大，開通過程中，VGS較小的變化都會導致ID急劇的變化，進而導致VDS急劇的變化，瞬態過程中柵極電壓容易產生振蕩。串聯電阻RGD可以抑制回路的瞬態高頻電流，形成阻尼振蕩從而抑止柵極的高頻振蕩，減小振蕩的幅度。
關斷過程中，高的dVDS/dt通過CGD1耦合到柵極形成瞬態的尖峰電壓，如果此尖峰電壓大于功率MOSFET的閾值電壓，會誤導通功率MOSFET，串聯電阻RGD可以減小功率MOSFET的誤導通。
6、選取G極的快關斷二極管
根據系統要求，如果需要功率MOSFET快速關斷，可以在G極外加電阻的兩端關聯二極管D1；如果功率MOSFET不需要快速關斷，可以不加這個二極管。
7、校核和測量電路
根據所選取的標稱元件值，調試電路，校核所有參數是否滿足系統要求，同時校核功率MOSFET安全工作區SOA的裕量，保證系統的安全。如果不滿足，就要對參數進行調整，然后重復上述步驟2-步驟7。
來源：松哥電源
作者：劉松
作者：劉松
