ZHCSUV2 April 2024 UCC27614-Q1
PRODMIX
栅极驱动器的功率耗散具有两个部分,如以下公式所示:
功率耗散的直流部分是 PDC = IQ × VDD,其中 IQ 是驱动器的静态电流。静态电流是器件用于对所有内部电路(如输入级、基准电压、逻辑电路、保护等)进行偏置所消耗的电流以及当驱动器输出更改状态(如对内部寄生电容进行充放电、寄生击穿等)时任何与内部器件开关相关联的电流。UCC27614-Q1 具有低静态电流(少于 1mA)并且包含内部逻辑,以更大限度地减少输出驱动器级内的任何击穿(PMOS 到 NMOS,反之亦然)。因此,可以假定 PDC 对栅极驱动器内总功率耗散的影响是微不足道的。实际上,这是驱动器在其输出与电源开关的栅极断开时所消耗的功率。
如前面几节中所述,栅极驱动器的输出级基于 PMOS 和 NMOS。这些 NMOS 和 PMOS 设计为在开关期间提供非常低的电阻。因此,它们具有极低的压降。在开关期间,栅极驱动器封装中耗散的功率 (PSW) 取决于以下因素:
在使用分立式容性负载对驱动器器件进行测试时,计算偏置电源所需的功率是一件非常简单的事情。以下公式给出了必须从偏置电源传递来对电容器进行充电的能量:
其中
对电容器进行放电时,存在等量的能量耗散。在关断期间,储存在电容器中的能量会在驱动电路中完全耗散。这会导致开关周期内的总功率损耗如以下公式所示:
其中
通过检查对器件进行开关所需的栅极电荷,可以将功率 FET 和 IGBT 代表的开关负载转换为等效电容。该栅极电荷包括输入电容的效果以及在功率器件在导通和关断状态之间切换时使其漏极电压摆动所需的附加电荷。大多数制造商都提供用于在指定的条件下对器件进行开关的栅极电荷典型值和最大值规格(以 nC 为单位)。使用栅极电荷 Qg,可以确定在对电容器进行充电时必须耗散的功率。这是通过使用等效关系 Qg = CLOADVDD 来得到以下功率计算公式:
该功率 PG 是 MOSFET 或 IGBT 导通或关断时在电路的电阻元件中耗散。在导通过程中对负载电容器进行充电时会耗散总功率的一半,在关断期间对负载电容器进行放电时会耗散另一半。如果驱动器器件与 MOSFET/IGBT 之间没有采用外部栅极电阻器,该功率将完全耗散在驱动器器件封装中。在使用外部栅极驱动电阻器的情况下,功率耗散会在驱动器的内部电阻和外部栅极电阻器之间分摊,具体分摊情况由这两个电阻之比决定(元件的电阻越高,耗散的功率越大)。根据该简化的分析,开关期间的驱动器功率耗散可通过以下公式进行计算。这主要适用于总外部栅极电阻器很大以限制栅极驱动器峰值电流的应用。
其中