在現(xiàn)代電子電路設(shè)計(jì)中，功率 MOSFET 因其出色的特性，如高輸入阻抗、低導(dǎo)通電阻、快速開(kāi)關(guān)速度等，被廣泛應(yīng)用于各類(lèi)功率轉(zhuǎn)換和控制電路中，尤其是在高速開(kāi)關(guān)電源等領(lǐng)域。而對(duì)于功率 MOSFET 的有效驅(qū)動(dòng)是充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢(shì)、確保電路穩(wěn)定高效運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。射極跟隨器作為一種常見(jiàn)的電路結(jié)構(gòu)，在功率 MOSFET 的驅(qū)動(dòng)中有著獨(dú)特的應(yīng)用。

許多開(kāi)關(guān)電源用控制 IC，如具有代表性的 TL494 等，其驅(qū)動(dòng)輸出發(fā)射極接地，支持射極跟隨器的多種形式。在這類(lèi) IC 中，輸出晶體管的集電極、發(fā)射極獨(dú)立，管腳被合理分配排列，為射極跟隨器的接入提供了便利條件，使得射極跟隨器在功率 MOSFET 驅(qū)動(dòng)中得到較為普遍的應(yīng)用。

以晶體管射極跟隨器驅(qū)動(dòng)功率 MOSFET 門(mén)極的電路為例，從電路動(dòng)作原理來(lái)看，當(dāng)門(mén)極閉合時(shí)，由于射極跟隨器的特性，能夠快速地為 MOSFET 的柵極提供充電電流，使 MOSFET 迅速導(dǎo)通，因此門(mén)極閉合速度很快。然而，當(dāng)門(mén)極需要打開(kāi)(即 MOSFET 關(guān)斷)時(shí)，情況則有所不同。此時(shí)，MOSFET 柵極的放電主要通過(guò)發(fā)射極電阻 RE 進(jìn)行，而這種放電方式會(huì)導(dǎo)致門(mén)極打開(kāi)的速度變慢，成為整個(gè)驅(qū)動(dòng)過(guò)程中的低速環(huán)節(jié)。

通過(guò)實(shí)際的開(kāi)關(guān)波形可以更直觀地看到這種現(xiàn)象。當(dāng) RE = 1kΩ 時(shí)，開(kāi)關(guān)波形顯示關(guān)閉延遲非常大，在時(shí)間軸為 10μs/div 的情況下，延遲時(shí)間甚至達(dá)到 30μs，這樣的延遲顯然無(wú)法滿足許多對(duì)開(kāi)關(guān)速度有較高要求的應(yīng)用場(chǎng)景，因此該參數(shù)下的電路不能使用。為了改善這種情況，嘗試將 RE 的值變更為 100Ω，此時(shí)開(kāi)關(guān)波形的關(guān)閉延遲有所縮短，大約縮短到了 3μs。雖然相較于 RE = 1kΩ 時(shí)的情況有了明顯改善，但對(duì)于一些高速應(yīng)用而言，仍然不能完全滿足要求，還不能稱之為理想的解決方案。

從 MOSFET 的輸入特性深入分析，MOSFET 屬于電壓型驅(qū)動(dòng)器件。對(duì)于 N 溝道的 MOSFET，當(dāng)柵極對(duì)源極有一定的正向電壓，且該電壓大于其柵極閾值電壓(Vth)時(shí)，MOSFET 的漏極到源極的電阻會(huì)急劇減小，從而實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通;當(dāng)柵極對(duì)源極的電壓低于開(kāi)啟電壓時(shí)，MOSFET 的漏極到源極的電阻則維持在一個(gè)很大的值，可近似認(rèn)為不導(dǎo)通。在實(shí)際的射極跟隨器驅(qū)動(dòng)電路中，柵極的輸入特性呈現(xiàn)為容性，這意味著驅(qū)動(dòng)電路主要在 MOSFET 的開(kāi)通和關(guān)斷瞬間提供電流。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電路的輸出內(nèi)阻為 0 時(shí)(理想情況)，串聯(lián)在驅(qū)動(dòng)輸出到 MOSFET 柵極之間的柵極電阻 Rg 能夠起到限流和控制開(kāi)關(guān)速度的重要作用。

在柵極的充電過(guò)程中，具體表現(xiàn)為：在 MOSFET 導(dǎo)通之前，驅(qū)動(dòng)電流首先給柵極 - 源極電容 QGS 充電，當(dāng) VGS 充電到 MOSFET 的開(kāi)啟電壓 VGS (th) 時(shí)，MOSFET 開(kāi)始導(dǎo)通。MOSFET 導(dǎo)通后，漏極電壓開(kāi)始下降，由于柵極 - 漏極結(jié)電容(即米勒電容 QGD)兩端的電壓不能突變，驅(qū)動(dòng)電流的一部分會(huì)被分流用于給 QGD 結(jié)電容充電，這就導(dǎo)致 MOSFET 的導(dǎo)通速度變慢。當(dāng)柵極電壓充電到米勒平臺(tái)電壓(大約為 5.5V)時(shí)，驅(qū)動(dòng)電流幾乎全部用于給米勒電容 QGD 充電，直至 MOSFET 完全導(dǎo)通后，Vgs 才繼續(xù)上升至驅(qū)動(dòng)電壓。

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)功率 MOSFET 的高速驅(qū)動(dòng)，除了考慮上述射極跟隨器自身結(jié)構(gòu)帶來(lái)的影響外，還需要綜合多方面因素對(duì)驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。例如，在驅(qū)動(dòng)電路的選擇上，應(yīng)盡量選用能夠提供大輸出電流的電路結(jié)構(gòu)，推挽式的射極跟隨器結(jié)構(gòu)就是一個(gè)較好的選擇，它能夠?yàn)? MOSFET 的柵極提供足夠的驅(qū)動(dòng)能力，滿足快速充放電的需求。同時(shí)，要盡可能縮短驅(qū)動(dòng)波形的上升和下降時(shí)間，以實(shí)現(xiàn) MOSFET 的快速開(kāi)關(guān)。這就要求在電路參數(shù)的選擇上，特別是柵極電阻 Rg 的值，需要進(jìn)行精心的計(jì)算和調(diào)試。Rg 的值并非固定不變，而是需要根據(jù) MOSFET 的柵極電荷 Qg、驅(qū)動(dòng)芯片的峰值電流輸出能力以及系統(tǒng)對(duì)電磁干擾(EMI)的要求等因素進(jìn)行綜合選取。

在一些高頻、高速開(kāi)關(guān)的應(yīng)用場(chǎng)景中，經(jīng)驗(yàn)上通常建議將單個(gè) MOSFET 的柵極電阻 Rg 取值在 1Ω - 4.7Ω 之間;對(duì)于中等速度、追求較穩(wěn)健設(shè)計(jì)的電路，Rg 可取值在 10Ω - 33Ω;當(dāng)有多顆 MOSFET 并聯(lián)且共用驅(qū)動(dòng)時(shí)，每顆獨(dú)立的 MOSFET 可加 10Ω - 47Ω 的柵極電阻。此外，還可以通過(guò)計(jì)算的方法來(lái)確定 Rg 的值，例如已知希望 MOSFET 的柵極電壓 Vgs 在特定時(shí)間內(nèi)變化，可使用公式 Rg = (Vdrive × tr) / Qg 進(jìn)行計(jì)算，其中 Vdrive 為驅(qū)動(dòng)電壓，tr 為期望的上升時(shí)間，Qg 為柵極電荷。

在實(shí)際的功率 MOSFET 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)中，還會(huì)涉及到許多其他方面的考慮。例如，為了防止驅(qū)動(dòng)電路損壞開(kāi)路后 MOSFET 出現(xiàn)誤導(dǎo)通的情況，通常會(huì)在 MOSFET 的柵極和源極之間連接一個(gè)下拉電阻(泄放電阻)。特別是在驅(qū)動(dòng)板和安裝 MOSFET 的功率板分開(kāi)設(shè)計(jì)時(shí)，泄放電阻最好放置在功率板上，這樣可以有效避免在調(diào)試功率板時(shí)，因驅(qū)動(dòng)板的移除而導(dǎo)致 MOSFET 被燒壞。另外，在一些對(duì)電氣隔離有要求的場(chǎng)合，還需要采用隔離驅(qū)動(dòng)電路，常見(jiàn)的有光耦隔離驅(qū)動(dòng)和變壓器隔離驅(qū)動(dòng)等方式。

綜上所述，射極跟隨器在功率 MOSFET 的驅(qū)動(dòng)中具有一定的應(yīng)用價(jià)值，但在以高速驅(qū)動(dòng)為目的的設(shè)計(jì)中，需要充分考慮其局限性，并通過(guò)合理選擇電路參數(shù)、優(yōu)化電路結(jié)構(gòu)以及綜合其他相關(guān)因素進(jìn)行全面設(shè)計(jì)，才能實(shí)現(xiàn)對(duì)功率 MOSFET 的高效、穩(wěn)定驅(qū)動(dòng)，滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)功率 MOSFET 驅(qū)動(dòng)性能的要求。