深解功率mosfet管保护电路设计详解

功率MOSFET即金属氧化物半导体场效应晶体管（Metal Oxide Semiconductor FieldEffect Transistor）有三个管脚，分别为栅极（Gate），漏极（Drain）和源极（Source）。功率MOSFET为电压型控制器件，驱动电路简单，驱动的功率小，而且开关速度快，具有高的工作频率。常用的MOSFET的结构有横向双扩散型场效应晶体管LDMOS（Lateral Double-Diffused MOS）、平面双扩散型场效应晶体管（Planar MOS）和沟槽双扩散型场效应晶体管（Trench MOS）。
功率MOSFET管自身拥有众多优点，但是MOSFET管具有较脆弱的承受短时过载能力，特别是在高频的应用场合，所以在应用功率MOS管对必须为其设计合理的保护电路来提高器件的可靠性。功率MOSFET管选型保护电路主要有以下几个方面：

1）防止栅极 di/dt过高
由于采用驱动芯片，其输出阻抗较低，直接驱动功率管会引起驱动的功率管快速的开通和关断，有可能造成功率管漏源极间的电压震荡，或者有可能造成功率管遭受过高的di/dt而引起误导通。为避免上述现象的发生，通常在功率MOSFET驱动器的输出与功率MOSFET管的栅极之间串联一个电阻，电阻的大小一般选取几十欧姆。

2）防止栅源极间过电压
由于栅极与源极的阻抗很高，漏极与源极间的电压突变会通过极间电容耦合到栅极而产生相当高的栅源尖峰电压，此电压会使很薄的栅源氧化层击穿，同时栅极很容易积累电荷也会使栅源氧化层击穿，所以要在MOS管栅极并联稳压管以限制栅极电压在稳压管稳压值以下，保护功率MOSFET管不被击穿，MOSFET管栅极并联电阻是为了释放栅极电荷，不让电荷积累。

3）防护漏源极之间过电压
虽然漏源击穿电压VDS一般都很大，但如果漏源极不加保护电路，同样有可能因为器件开关瞬间电流的突变而产生漏极尖峰电压，进而损坏MOSFET管，功率管开关速度越快，产生的过电压也就越高。为了防止器件损坏，通常采用齐纳二极管钳位和RC缓冲电路等保护措施。

当电流过大或者发生短路时，功率MOSFET管漏极与源极之间的电流会迅速增加并超过额定值，必须在过流极限值所规定的时间内关断功率MOSFET管,否则器件将被烧坏，因此在主回路增加电流采样保护电路，当电流到达一定值，通过保护电路关闭驱动电路来保护MOSFET管。图1是MOSFET管的保护电路，由此可以清楚的看出保护电路的功能。