1 了解并比較柵極驅(qū)動器的峰值電流能力

本技術(shù)手冊介紹了如何評估不同柵極驅(qū)動器的柵極驅(qū)動強度（峰值輸出電流）、影響峰值拉電流和灌電流的因素，及其對系統(tǒng)性能的影響。

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

上述信息有助于獲得基本的了解，但僅根據(jù)這些典型值來比較兩個或更多個柵極驅(qū)動器，可能不會產(chǎn)生卓越的系統(tǒng)性能，甚至是更優(yōu)的設計成本。需要注意該峰值電流是在什么測試條件下指定的。一些柵極驅(qū)動器在更高的偏置電壓下會產(chǎn)生更高的典型驅(qū)動電流。因此，在 12V 時指定為 2.5A 的柵極驅(qū)動器不能直接與在 16V 時指定為 3.5A 的柵極驅(qū)動器進行比較。還應注意，開關損耗會隨著偏置電壓的增加而增加，因此即使驅(qū)動電流較高，系統(tǒng)效率也可能會降低。

電源設計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，來優(yōu)化設計。當驅(qū)動電流指定為典型值時，柵極驅(qū)動器輸出級的 R_DS(on) 可用于估計驅(qū)動電流變化，也可用于比較多個柵極驅(qū)動器。比較 R_DS(on) 時，應注意測試條件是一樣的。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試電流規(guī)格導出為 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型的輸出結(jié)構(gòu)。

與偏置電壓類似，環(huán)境溫度也會影響柵極驅(qū)動器的驅(qū)動電流。要了解和優(yōu)化系統(tǒng)性能，評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，無論工作溫度如何，UCC27282 輸出級的 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)動電流能力也不會發(fā)生顯著變化。較低偏置電壓下的良好驅(qū)動電流能力可降低開關損耗，從而實現(xiàn)更高的效率。

Psw = Vbias x Qg x Fsw

其中，

Psw = 每個通道的柵極驅(qū)動器開關損耗

Qg = 功率 MOSFET 的總柵極電荷

Fsw = 功率級開關頻率

較低偏置電壓下的良好驅(qū)動強度還可以提高功率級的開關頻率，從而減小系統(tǒng)中磁性元件的尺寸、重量，并降低元件成本。

務必注意，即使在高溫下，驅(qū)動強度也不會顯著降低。在高溫下，功率 MOSFET 內(nèi)部柵極電阻會增加，這會減慢開啟和關閉速度。功率 MOSFET 的緩慢開啟和關閉可能會導致開關損耗增加。因此，在比較兩個柵極驅(qū)動器時，務必注意最大推薦工作溫度下的驅(qū)動電流能力。

如前所述，柵極驅(qū)動器的主要目的是有效地導通和關斷功率器件。這種能力的直接衡量標準是柵極驅(qū)動器的上升和下降時間規(guī)格。因此，在比較多個柵極驅(qū)動器時，有必要比較這個規(guī)格，而不是比較典型的峰值上拉和下拉電流規(guī)格。對于所有被比較的柵極驅(qū)動器，測試條件需要相同。

功率器件柵極電荷不完全是線性負載。換言之，對于不同的柵極電荷器件，上升時間和下降時間可能無法針對相同的驅(qū)動電流線性調(diào)整。這如下面的圖 4 所示。100nF 負載下的上升時間和下降時間與線性標定值不同。因此，在比較多個驅(qū)動器的驅(qū)動電流時，務必密切關注柵極驅(qū)動器在相關負載下的上升和下降時間。

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

總之，設計工程師需要各種因素來比較多個柵極驅(qū)動器的驅(qū)動強度。這些因素包括開關功率器件的類型、功率器件的柵極電荷、外部柵極電阻器、測試條件、偏置電壓和工作溫度。