如何實(shí)現(xiàn)更高的系統(tǒng)效率——第二部分：高速柵極驅(qū)動(dòng)器

在此系列的第一部分中，討論過(guò)高電流柵極驅(qū)動(dòng)器如何幫助系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)更高的效率。高速柵極驅(qū)動(dòng)器也可以實(shí)現(xiàn)相同的效果。

高速柵極驅(qū)動(dòng)器可以通過(guò)降低FET的體二極管功耗來(lái)提高效率。體二極管是寄生二極管，大多數(shù)類型的FET固有。它由p-n結(jié)點(diǎn)形成并且位于漏極和源極之間。圖1所示為典型MOSFET電路符號(hào)中表示的體二極管。

圖1：MOSFET符號(hào)包括固有的體二極管

限制體二極管的導(dǎo)通時(shí)間將進(jìn)而降低其兩端所消耗的功率。這是因?yàn)楫?dāng)MOSFET處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，體二極管上的壓降通常高于MOSFET兩端的電壓。對(duì)于相同的電流水平，P = I×V（其中P是功耗，I是電流，V是電壓降），通過(guò)MOSFET通道的傳導(dǎo)損耗顯著低于通過(guò)體二極管的傳導(dǎo)損耗。

這些概念在電力電子電路的同步整流中發(fā)揮作用。同步整流通過(guò)用諸如功率MOSFET的有源控制器件代替二極管來(lái)提高電路的效率。減少體二極管導(dǎo)通可以使這種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)最大化。

下面考慮同步降壓轉(zhuǎn)換器的情況。當(dāng)高側(cè)FET關(guān)斷并且電感器中仍然存在電流時(shí)，低側(cè)FET的體二極管變?yōu)檎蚱?。死區(qū)時(shí)間短對(duì)避免直通很有必要。在此之后，低側(cè)FET導(dǎo)通并開(kāi)始通過(guò)其通道導(dǎo)通。相同的原理適用于通常在DC / DC電源和電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)中發(fā)現(xiàn)的其它同步半橋配置。

對(duì)于高速接通，柵極驅(qū)動(dòng)器的一個(gè)重要參數(shù)是導(dǎo)通傳播延遲。這是在柵極驅(qū)動(dòng)器的輸入端施加信號(hào)到輸出開(kāi)始變高時(shí)的時(shí)間。這種情況如圖2所示。當(dāng)FET重新導(dǎo)通時(shí)，體二極管將關(guān)斷。快速的導(dǎo)通傳播延遲可以更快地導(dǎo)通FET，從而最小化體二極管的導(dǎo)通時(shí)間，進(jìn)而使損耗最小化。

圖2：時(shí)間示意圖，t_PDLH是導(dǎo)通傳播延遲

TI的產(chǎn)品組合包括具有行業(yè)領(lǐng)先的高速導(dǎo)通傳播延遲的柵極驅(qū)動(dòng)器。參見(jiàn)表1。

類別 設(shè)備 描述 導(dǎo)通傳播延遲
高速驅(qū)動(dòng)器 UCC27517A
4A / 4A高速低側(cè)柵極驅(qū)動(dòng)器 13ns
UCC27611
4A / 6A高速低側(cè)柵極驅(qū)動(dòng)器 14ns
UCC27201A
3A，120V高側(cè)和低側(cè)驅(qū)動(dòng)器 20ns

表1：高速驅(qū)動(dòng)器

系統(tǒng)效率是一個(gè)團(tuán)隊(duì)努力的結(jié)果。本博客系列介紹了高速和高電流柵極驅(qū)動(dòng)器是關(guān)鍵件。