阻尼比大于1系统稳定吗

以往我们在谈及MOSFET的工作原理，比如其开关过程，甚至在好几次谈及IGBT也经常提到一个词：驱动振荡。

今天我们主要来讲的是MOSFET的栅源振荡，是不是有些熟悉？没错，前天发表的MOSFET栅极前加一个电阻，就与它相关。

在MOSFET实际应用中，栅极振荡会引起器件的故障和电路异常失效。严重时会呈现三种状态，可能是彻底导通或者彻底关断，也可能是进入高阻导通，进而发热严重然后烧毁。

那MOSFET的栅源振荡究竟是怎么来的呢？

先简单拿上次讲的“串联电阻”来说明：

在驱动电路中增加一个串联电阻，当R<√(L/C)时，为欠阻尼状态时，振荡就一定会发生。

如下图

关于阻尼比，下面会详细提到。

然而，振荡电路产生的条件还有几种，详细如下：

1. 反馈电路

1. 相位条件

从输出到输入的反馈信号与输入信号在振荡频率上同相（正反馈）。

b.振幅条件

当电路具有正反馈并提供补偿损耗的增益时，就会发生振荡。

1. 漏源极之间的浪涌电压

MOSFET关断期间，漏极和源极之间的振铃电压，有返回到栅极的可能性。通过栅漏极电容Cgd的正反馈环路连接到栅极端，导致了栅极电压振荡。

3 源电感

功率MOSFET具有较大的跨导gm和寄生电容。因此，导线和其他杂散电感（栅极，源极和漏极电路之间以及相关互连中的电感）可能会形成正反馈电路，从而导致寄生振荡。

那么，栅源振荡的危害什么？大概有以下几个方面：

• 导致EMI裕量不足
• 动态负载切换振荡严重导致器件失效

如何抑制或缓解栅源振荡的现象呢？

1. 调整驱动电路阻尼比，公式如下：

阻尼比的情况一般有四种：

驱动电路的阻尼比ζ=0,称无阻尼，系统无穷震荡，且不收敛；

ζ＜1 称为欠阻尼：ζ由0约接近1，收敛越快。意味着系统存在超调且有震荡，

ζ＞1称为过阻尼，意味着系统不超调；

ζ=1称为临界阻尼，意味着系统不超调，且以最短时间恢复平衡状态或者稳定状态。

注意：临界电阻值是10Ω. L寄生电感越大，临界电阻值越大

1. 适当提高MOSFET内部寄生电阻，降低器件最高开关速度，并改善抑制栅极振荡。
2. 适当提高器件阈值电压，可以缓解半桥或者全桥拓扑中上下桥臂直通概率。
3. 考虑减小pcb引线电感，即增加走线宽度或减小走线长度。

注意：在电感无法减小的时候，可以采用增加一颗外部小电阻，这是增加电阻有削弱驱动电流的作用（上期文章有提及，需要详细了解可以去参考）。

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以上部分图片与资料整理于网络

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