如何實現(xiàn)更高的系統(tǒng)效率——第二部分：高速柵極驅(qū)動器

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

高速柵極驅(qū)動器可以通過降低FET的體二極管功耗來提高效率。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電路符號中表示的體二極管。

圖1：MOSFET符號包括固有的體二極管

限制體二極管的導(dǎo)通時間將進(jìn)而降低其兩端所消耗的功率。這是因為當(dāng)MOSFET處于導(dǎo)通狀態(tài)時，體二極管上的壓降通常高于MOSFET兩端的電壓。對于相同的電流水平，P = I×V（其中P是功耗，I是電流，V是電壓降），通過MOSFET通道的傳導(dǎo)損耗顯著低于通過體二極管的傳導(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。同步整流通過用諸如功率MOSFET的有源控制器件代替二極管來提高電路的效率。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，低側(cè)FET的體二極管變?yōu)檎蚱谩Ｋ绤^(qū)時間短對避免直通很有必要。在此之后，低側(cè)FET導(dǎo)通并開始通過其通道導(dǎo)通。相同的原理適用于通常在DC / DC電源和電動機(jī)驅(qū)動設(shè)計中發(fā)現(xiàn)的其它同步半橋配置。

對于高速接通，柵極驅(qū)動器的一個重要參數(shù)是導(dǎo)通傳播延遲。這是在柵極驅(qū)動器的輸入端施加信號到輸出開始變高時的時間。這種情況如圖2所示。當(dāng)FET重新導(dǎo)通時，體二極管將關(guān)斷?？焖俚膶?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)通時間，進(jìn)而使損耗最小化。

圖2：時間示意圖，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)動器。參見表1。

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

表1：高速驅(qū)動器

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