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利用低端栅极驱动器IC进行系统开发
来源:本站整理  作者:佚名  2010-01-20 10:04:20




  若把输出电压范围中间值下的稳态电流作为额定电流,则表1是个使用指南,显示了当驱动器路径上没有外接电阻时,单位大小的驱动器提供或消除一定数量的栅极电荷的速度。这个表是通过式(2)计算得出的,但考虑到实验室测试条件的非理想化,乘以了1.5的经验系数。然而,这个系数仍然过于保守,因为即使没有使用串联栅极电阻时,功率开关的内部栅极阻抗也会减慢开关的速度。当栅极驱动器与同步整流器(SR)一起使用时,大小标准又完全不同,由于体二极管在 MOSFET沟道导通之前和之后都导通,故开关损耗可忽略不计。在此情况下,所需驱动器电流取决于时序和防止由于dv/dt而导通。

  为了防止击穿导致不必要的功耗,必须在加载电压之前完全关断SR,一般通过导通一个或多个初级开关来实现。为了确保此条件得到满足,同时让SR尽可能长地保持导通状态,以最大限度提高效率,必须知道需要多长时间来关断SR。由图2中的MOSFET模型,可计算出关断时间。

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  这里, CGS=CISS-CRSS是MOSFET的线性栅源电容,CGD_SR是低压非线性栅漏电容或“密勒”电容CGD=CRSS。后者的选择最好对应SR关断期间电压摆幅的中间值,VDD/2。这个值可从CRSS与电压的关系曲线(若提供)读取,也可以根据使用手册给出的对应某些更高电压VDS_SPEC的 CRSS_SPEC值按照下式求出:

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  一旦SR完全被关断,功率转换器中的主要开关可导通,致使SR的漏源电压急速上升。图2显示了这种情况,由CGD和CGS构成的电容性分压器导致内部漏电压增加―MOSFET短暂时反向导通―除非驱动器吸入足够多的电流使内部栅极节点保持在MOSFET的阈值电压之下。这常常是决定SR驱动器大小的主要标准。在漏电压刚开始上升时,CGD最大,所需吸入电流近似为:

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  如果一个较大的驱动器不能使用,而且它已经紧靠SR放置,避免因dv/dt导通的最终手段是通过减慢主要开关的导通速度来减小dv/dt,但这同时也增加了主要开关的开关损耗。

  功能选择

  在选择驱动器IC时,除了额定电流之外,设计人员还面临着功能选择的问题,也就是输入逻辑及配置、输入阈值和封装的选择。对于单沟道驱动器,输入形式包括反向、非反向、双输入和使能输入等选项。要正确设置每一个MOSFET栅极控制信号的极性,通常需要在反向和非反向之间进行选择,由单个控制输出驱动时,不同开关有时选择不同。如果两种极性都需要,则双输入驱动器需要的不同元件更少,由于具有一个反向输入,一个非反向输入,故其可按二者中任一种方式配置。若MOSFET开关时需要额外的控制,比如设置更高的UVLO阈值或启动期间禁用SR一秒,使能输入很有用。

  驱动器可以带有TTL 或 CMOS输入电平。TTL“低”输入定义为0.8V以下,“高”输入定义为2.0V以上,与电源无关,故TTL阈值近似恒定,总是保持在这两个上下限之间。相反地,CMOS输入阈值大约是电源电压的40% 和 60%。TTL阈值更常见,在输入信号(比如来自低压PWM控制器)幅度较低时尤其有用。不过,CMOS具有更好的噪声容限,故是嘈杂环境的首选。而且利用CMOS可以更精确地设置RC延时,因为其阈值更接近电源电压的一半。当需要精确时序时,输入阈值和传播延迟的温度稳定性也很重要。

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