MOSFET驱动器功耗
MOSFET驱动器的功耗包含三部分:1. 由于MOSFET栅极电容充电和放电产生的功耗。
2. 由于 MOSFET 驱动器吸收静态电流而产生的功耗。
3. MOSFET 驱动器交越导通(穿通)电流产生的功耗。
从上述公式推导得出,三部分功耗中只有一个与MOSFET栅极电容充电和放电有关。这部分功耗通常是最高的,特别在很低的开关频率时。为了计算公式 1 的值,需要知道 MOSFET 栅极电容。MOSFET 栅极电容包含两个电容:栅源电容和栅漏电容(米勒电容) 。通常容易犯的错误是将 MOSFET 地输入电容 ( CISS)当作 MOSFET 总栅极电容。确定栅极电容的正确的方法是看 MOSFET 数据手册中的总栅极电容( QG)。这个信息通常显示在任何 MOSFET 的电气特性表和典型特性曲线中。
峰值电流驱动的需求
针对 MOSFET 驱动器的讨论主要是考虑内部和外部因素而导致 MOSFET 驱动器产生功耗。所以必须计算出MOSFET驱动器的功率损耗,进而利用计算值为驱动器选择正确的封装和计算结温。
在应用中使 MOSFET 驱动器与 MOSFET 匹配主要是根据功率 MOSFET 导通和截止的速度快慢 (栅极电压的上升和下降时间) 。
任何应用中优化的上升 / 下降时间取决于很多因素,例如 EMI(传导和辐射) ,开关损耗,引脚 / 电路的感抗,以及开关频率等。
MOSFET 导通和截止的速度与 MOSFET 栅极电容的充电和放电速度有关。MOSFET 栅极电容、导通和截止时间与 MOSFET 驱动器的驱动电流的关系可以表示为:
上述公式假设电流 ( I)使用的是恒流源。如果使用MOSFET驱动器的峰值驱动电流来计算,将会产生一些误差;
MOSFET 驱动器以驱动器的输出峰值电流驱动能力来表示。这个峰值电流驱动能力通常在两个条件之一下给出。
这两个条件为 MOSFET 驱动器输出短路到地或MOSFET驱动器输出处于某一特定电压值(通常为4V,因为这是 MOSFET 开始导通并且密勒效应开始起作用时的栅极门限电压)。
通常,峰值电流也表示在器件最大偏置电压下的电流。这意味着如果 MOSFET驱动器工作在较低的偏置电压, MOSFET 驱动器的峰值电流驱动能力会降低。
MOSFET驱动器栅极驱动配置
使用MOSFET驱动器时可以采用许多不同的电路配置。下图显示了经常使用的栅极驱动电路典型配置。
最理想的 MOSFET 驱动器电路如上图所示。这种配置常用于升压( boost)、反激式和单开关的正激开关电源拓扑结构中。
采用正确的布板技巧和选择合适的偏置电压旁路电容,可以使 MOSFET 栅极电压得到很好的上升和下降时间。除了在偏置电压增加本地旁路电容外,MOSFET 驱动器的良好铺地也很重要。
在许多栅极驱动应用中,也可能需要限制栅极驱动的峰值,以降低栅极电压的上升。通常这可以降低由于MOSFET 漏极电压的快速上升斜率导致的EMI 噪声。
通过改换具有更低峰值电流的 MOSFET 驱动器或增加一个串联栅极驱动电阻,如图所示,就可以减缓MOSFET 栅极电压的上升和下降时间。