注意这5点！对低侧驱动配置中 MOSFET 的设计很重要！

judy -- 周四, 12/04/2025 - 10:23
问：低侧驱动配置中 MOSFET 设计注意事项

低侧驱动

在低侧驱动配置中，N 沟道 MOSFET 置于负载与地之间（负载在上，MOSFET 在下）。栅极直接由微控制器（MCU）或驱动器的输出电压控制。该拓扑适用于 LED 调光、电机启动、开关控制、电源管理以及大多数脉冲宽度调制（PWM）控制场景（如降压转换器）。

优点

  • 驱动电路简单，可直接由 MCU 控制

  • 开关速度快

  • N 沟道 MOSFET 成本低且导通电阻（RDS (on)）小

局限性

  • 地侧可能出现电流尖峰，影响信号质量（需进行地隔离和滤波）

  • 不适用于高侧功率开关

设计注意事项

设计低侧驱动时需关注以下要点：

  1. 选择合适的 MOSFET：确保其阈值电压（Vth）低于驱动电压以实现完全导通，同时选择低导通电阻（RDS (on)）的 MOSFET，减少功率损耗和发热。

  2. 驱动电压和电流：保证驱动电压足够使 MOSFET 完全导通。

  3. 栅极电阻：使用合适的栅极电阻控制 MOSFET 的开关速度，降低电磁干扰（EMI）并防止栅极振荡。

  4. 下拉电阻：在栅极处设置下拉电阻，防止误触发。驱动器关闭时，下拉电阻可确保 MOSFET 保持关断状态，避免因电压悬浮导致意外导通。

  5. PCB 布局与接地：最小化环路面积以降低 EMI，确保驱动器和功率 MOSFET 的接地连接良好，避免地电位差引发问题。

示例

示例.png

TI UCC27324 高速双 MOSFET 驱动器适用于高速开关应用，可提供高达 4A 的峰值源电流和灌电流。输出级还可并联以提供更高的单通道驱动功率。

为更好地理解有效的布局方案，以下是 TI UCC27324DR 的推荐 PCB 布局，展示了最小化环路面积的实用技巧：

  • 上下层 PCB 走线布局：栅极驱动走线（红色，含串联栅极电阻）和返回走线（蓝色）直接上下对应但位于双层 PCB 的相反面。

  • 直流旁路电容就近放置：并联两个电容以在宽频率范围内提供低阻抗，较小的近侧电容用于处理高频瞬态信号。

  • 使用双过孔提供低阻抗路径，最小化返回环路中的寄生电感。

在所有情况下，信号与返回路径之间的环路面积需尽可能小，这是高速开关环境中抑制辐射发射的关键。

技术小贴士：环路面积与射频（RF）设计中的天线理论密切相关。大环路面积如同高效天线，会辐射 EMI。因此，减小环路面积是 PCB 布局中抑制辐射发射的最有效方法之一。

文章来源：Digikey