1 了解并比較柵極驅(qū)動(dòng)器的峰值電流能力

本技術(shù)手冊(cè)介紹了如何評(píng)估不同柵極驅(qū)動(dòng)器的柵極驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度（峰值輸出電流）、影響峰值拉電流和灌電流的因素，及其對(duì)系統(tǒng)性能的影響。

柵極驅(qū)動(dòng)器用于驅(qū)動(dòng) MOSFET、IGBT 和 GaN 等開(kāi)關(guān)管，因此主要用于控制器因峰值拉電流和灌電流不足而無(wú)法直接驅(qū)動(dòng)這些開(kāi)關(guān)管的電路中。大多數(shù)柵極驅(qū)動(dòng)器數(shù)據(jù)表都簡(jiǎn)單指定了典型驅(qū)動(dòng)電流能力，如下表所示。

上述信息有助于獲得基本的了解，但僅根據(jù)這些典型值來(lái)比較兩個(gè)或更多個(gè)柵極驅(qū)動(dòng)器，可能不會(huì)產(chǎn)生卓越的系統(tǒng)性能，甚至是更優(yōu)的設(shè)計(jì)成本。需要注意該峰值電流是在什么測(cè)試條件下指定的。一些柵極驅(qū)動(dòng)器在更高的偏置電壓下會(huì)產(chǎn)生更高的典型驅(qū)動(dòng)電流。因此，在 12V 時(shí)指定為 2.5A 的柵極驅(qū)動(dòng)器不能直接與在 16V 時(shí)指定為 3.5A 的柵極驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行比較。還應(yīng)注意，開(kāi)關(guān)損耗會(huì)隨著偏置電壓的增加而增加，因此即使驅(qū)動(dòng)電流較高，系統(tǒng)效率也可能會(huì)降低。

電源設(shè)計(jì)工程師需要知道大多數(shù)參數(shù)在工作溫度范圍內(nèi)的最小值和最大值，來(lái)優(yōu)化設(shè)計(jì)。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電流指定為典型值時(shí)，柵極驅(qū)動(dòng)器輸出級(jí)的 R_DS(on) 可用于估計(jì)驅(qū)動(dòng)電流變化，也可用于比較多個(gè)柵極驅(qū)動(dòng)器。比較 R_DS(on) 時(shí)，應(yīng)注意測(cè)試條件是一樣的。R_DS(on) 可以直接指定，也可以根據(jù)下表中的值從輸出電壓和測(cè)試電流規(guī)格導(dǎo)出為 R_DS(on) = V_O / I_O。這里需要注意的是，這種方式只能比較兩種相同類(lèi)型的輸出結(jié)構(gòu)。

與偏置電壓類(lèi)似，環(huán)境溫度也會(huì)影響柵極驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)電流。要了解和優(yōu)化系統(tǒng)性能，評(píng)估偏置電源上和溫度范圍內(nèi)的輸出電壓變化也很重要。從圖 1 可以看出，無(wú)論工作溫度如何，UCC27282 輸出級(jí)的 R_DS(ON) 都不受偏置電壓的影響。這意味著即使在較低的偏置電壓下，驅(qū)動(dòng)電流能力也不會(huì)發(fā)生顯著變化。較低偏置電壓下的良好驅(qū)動(dòng)電流能力可降低開(kāi)關(guān)損耗，從而實(shí)現(xiàn)更高的效率。

Psw = Vbias x Qg x Fsw

其中，

Psw = 每個(gè)通道的柵極驅(qū)動(dòng)器開(kāi)關(guān)損耗

Qg = 功率 MOSFET 的總柵極電荷

Fsw = 功率級(jí)開(kāi)關(guān)頻率

較低偏置電壓下的良好驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度還可以提高功率級(jí)的開(kāi)關(guān)頻率，從而減小系統(tǒng)中磁性元件的尺寸、重量，并降低元件成本。

務(wù)必注意，即使在高溫下，驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度也不會(huì)顯著降低。在高溫下，功率 MOSFET 內(nèi)部柵極電阻會(huì)增加，這會(huì)減慢開(kāi)啟和關(guān)閉速度。功率 MOSFET 的緩慢開(kāi)啟和關(guān)閉可能會(huì)導(dǎo)致開(kāi)關(guān)損耗增加。因此，在比較兩個(gè)柵極驅(qū)動(dòng)器時(shí)，務(wù)必注意最大推薦工作溫度下的驅(qū)動(dòng)電流能力。

如前所述，柵極驅(qū)動(dòng)器的主要目的是有效地導(dǎo)通和關(guān)斷功率器件。這種能力的直接衡量標(biāo)準(zhǔn)是柵極驅(qū)動(dòng)器的上升和下降時(shí)間規(guī)格。因此，在比較多個(gè)柵極驅(qū)動(dòng)器時(shí)，有必要比較這個(gè)規(guī)格，而不是比較典型的峰值上拉和下拉電流規(guī)格。對(duì)于所有被比較的柵極驅(qū)動(dòng)器，測(cè)試條件需要相同。

功率器件柵極電荷不完全是線(xiàn)性負(fù)載。換言之，對(duì)于不同的柵極電荷器件，上升時(shí)間和下降時(shí)間可能無(wú)法針對(duì)相同的驅(qū)動(dòng)電流線(xiàn)性調(diào)整。這如下面的圖 4 所示。100nF 負(fù)載下的上升時(shí)間和下降時(shí)間與線(xiàn)性標(biāo)定值不同。因此，在比較多個(gè)驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)電流時(shí)，務(wù)必密切關(guān)注柵極驅(qū)動(dòng)器在相關(guān)負(fù)載下的上升和下降時(shí)間。

比較多個(gè)柵極驅(qū)動(dòng)器 IC 性能的更好方法是在同一個(gè)應(yīng)用板中測(cè)試它們。但是，很多時(shí)候這無(wú)法實(shí)現(xiàn)，因此，需要了解影響功率器件導(dǎo)通和關(guān)斷的所有要素。到目前為止，尚未討論的一個(gè)關(guān)鍵元件是在柵極驅(qū)動(dòng)器 IC 的輸出和功率器件之間使用的外部柵極電阻器。這個(gè)柵極電阻的值會(huì)極大地影響系統(tǒng)的性能。例如，如果系統(tǒng)使用 20Ω 外部柵極電阻器，則無(wú)論在 10V 偏置電壓下使用 2A 還是 3A 柵極驅(qū)動(dòng)器，系統(tǒng)性能都可能不會(huì)受到顯著影響。還需要注意的是，即使由于驅(qū)動(dòng)電流能力的差異較大而導(dǎo)致系統(tǒng)性能存在差異，也可以通過(guò)調(diào)整柵極電阻值來(lái)彌補(bǔ)這種差異。例如，可以將 3A 驅(qū)動(dòng)器的 10Ω 柵極電阻器更改為 2A 柵極驅(qū)動(dòng)器的較低值電阻器或 4A 驅(qū)動(dòng)器的較高值電阻器，以實(shí)現(xiàn)相同的功率器件上升和下降時(shí)間。

總之，設(shè)計(jì)工程師需要各種因素來(lái)比較多個(gè)柵極驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度。這些因素包括開(kāi)關(guān)功率器件的類(lèi)型、功率器件的柵極電荷、外部柵極電阻器、測(cè)試條件、偏置電壓和工作溫度。