本應(yīng)用筆記涵蓋了計(jì)算柵極驅(qū)動(dòng)光耦合器 IC 的柵極驅(qū)動(dòng)器功率和熱耗散的主題。柵極驅(qū)動(dòng)光耦合器用于驅(qū)動(dòng)、導(dǎo)通和關(guān)斷、功率半導(dǎo)體開關(guān)、MOSFET/IGBT。柵極驅(qū)動(dòng)功率計(jì)算可分為三部分；驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部電路中的功率消耗或損耗、發(fā)送到功率半導(dǎo)體開關(guān) (IGBT/MOSFET) 的功率以及驅(qū)動(dòng)器 IC 和功率半導(dǎo)體開關(guān)之間的外部組件（例如外部柵極電阻器兩端）的功率損耗。在以下示例中，我們將討論使用 Avago ACPL-332J（2.5nApeak 智能柵極驅(qū)動(dòng)器）的 IGBT 柵極驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)指南也適用于 MOSFET 柵極驅(qū)動(dòng)器。

IGBT/MOSFET 柵極電阻器

在選擇 RG 值時(shí)，重要的是從柵極驅(qū)動(dòng)器 IC 和功率半導(dǎo)體開關(guān)、MOSFET/IGBT 的角度來(lái)看。對(duì)于柵極驅(qū)動(dòng)器 IC，我們選擇在 IC 最大允許功率耗散額定值范圍內(nèi)的 RG，同時(shí)提供/吸收盡可能高的驅(qū)動(dòng)器電流。從 IGBT 或 MOSFET 的角度來(lái)看，柵極電阻會(huì)影響導(dǎo)通和關(guān)斷期間的電壓變化 dVCE/dt 和電流變化 diC/dt。

因此，當(dāng)設(shè)計(jì)人員選擇 IGBT 或 MOSFET 時(shí)，還必須選擇合適的柵極驅(qū)動(dòng)器光耦合器，因?yàn)樵擈?qū)動(dòng)器的電流和額定功率決定了 IGBT 或 MOSFET 的開啟或關(guān)閉速度。

IC 最大允許額定功率范圍內(nèi)的柵極驅(qū)動(dòng)電源操作

柵極驅(qū)動(dòng)光耦合器的功率耗散是 IGBT/MOSFET 的輸出側(cè)功率（紅色圓圈）和輸入側(cè) LED 功率耗散（藍(lán)色圓圈）的組合。用于故障反饋的第二個(gè) LED 的功耗被忽略，因?yàn)轵?qū)動(dòng)集電極開路晶體管的電流很小。

計(jì)算步驟為：

根據(jù)最大峰值柵極電流計(jì)算所需的最小 RG

計(jì)算總功耗

將第 2 步中計(jì)算的輸入和輸出功耗與 IC 的最大推薦功耗進(jìn)行比較。（如果已超過(guò)最大推薦水平，則可能需要提高 RG 的值以降低開關(guān)功率并重復(fù)步驟 #2。

在本例中，ACPL-332J 的總輸入和輸出功耗是在以下條件下計(jì)算的：

IG = 離子，最大 ~ 2.5 A

VCC2 = 18V

VEE = -5 V，（注意：如果應(yīng)用中不需要負(fù)電壓電源，則 VEE = 0 V）

fSWITCH = 15 kHz

環(huán)境溫度 = 70° C

步驟 I：根據(jù) IOL 峰值規(guī)格計(jì)算 RG 最小值

為了找到峰值充電 lOL，假設(shè)柵極最初充電到穩(wěn)態(tài)值 VCC。對(duì)于 ACPL-332J，70°C 下 2.5 A 輸出的電壓降線性近似為 6.3 V（圖 2：VOL 與 IOL）。因此應(yīng)用以下關(guān)系：

第二步：計(jì)算柵極驅(qū)動(dòng)器

的總功耗：總功耗 (PT) 等于輸入側(cè)功率 (PI) 和輸出側(cè)功率 (PO) 功耗之和：

[tex]P_{T} = P_{I} + P_{O}[/tex]
[tex]P_{I} = IF_{(ON)} ,max * V_{F},max[/tex]

在哪里，

[tex]IF_{(ON)},max = 12 mA[/tex]
[tex]V_{F},max = 1.95 V[/tex]

IF(ON) 可以在推薦的工作條件下找到，VF 可以在 ACPL-332J 數(shù)據(jù)表的電氣規(guī)范表 5 中找到。

編輯：hfy