我們生活在一個(gè)設(shè)計(jì)師似乎不斷追求更高效率的世界里。我們希望用更少的功率輸出更多的電源！更高的系統(tǒng)效率需要團(tuán)隊(duì)努力，包括（但不限于）性能更好的柵極驅(qū)動(dòng)器、控制器和新的寬帶隙技術(shù)。

具體而言，大電流柵極驅(qū)動(dòng)器可以通過(guò)最小化開(kāi)關(guān)損耗來(lái)幫助提高整體系統(tǒng)效率。當(dāng) FET 打開(kāi)或打開(kāi)和關(guān)閉時(shí)，會(huì)發(fā)生開(kāi)關(guān)損耗。要打開(kāi)FET，柵極電容必須充電超過(guò)閾值電壓。柵極驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)電流有利于柵極電容的充電。驅(qū)動(dòng)電流能力越高，電容充電或放電的速度就越快。能夠源出和吸收大量電荷可最大限度地減少功率損耗和失真。（傳導(dǎo)損耗是FET中其他類型的開(kāi)關(guān)損耗。傳導(dǎo)損耗由內(nèi)阻或RDS（開(kāi)啟），其中 FET 的 .FET隨著電流的傳導(dǎo)而耗散功率。

換句話說(shuō)，目標(biāo)是最大限度地減少需要高頻功率轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)中的開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換時(shí)間段。突出此類性能的柵極驅(qū)動(dòng)器規(guī)格是上升和下降組合時(shí)間。參見(jiàn)圖1。

圖 1：典型上升和下降時(shí)間圖

如果你想更上一層樓，延遲匹配等柵極驅(qū)動(dòng)器特性可以有效地使驅(qū)動(dòng)電流能力翻倍。延遲匹配是兩個(gè)通道之間內(nèi)部傳播延遲的匹配。這是通過(guò)并聯(lián)雙通道柵極驅(qū)動(dòng)器的輸出或?qū)⑼ǖ肋B接在一起來(lái)實(shí)現(xiàn)的。例如，TI 的 UCC27524A 具有極其精確的 1ns（典型值）延遲匹配，可將驅(qū)動(dòng)電流從 5A 增加到 10A。

圖 2 顯示了 UCC27524A 的 A 和 B 通道組合成一個(gè)驅(qū)動(dòng)器。INA 和 INB 輸入連接在一起，OUTA 和 OUTB 也是如此。一個(gè)信號(hào)控制并聯(lián)組合。

圖 2：具有并聯(lián)輸出的 UCC27524A，可實(shí)現(xiàn)雙倍驅(qū)動(dòng)電流能力

提高系統(tǒng)效率的一個(gè)結(jié)果是功率密度增加。對(duì)更高功率密度的需求是隔離電源、DC/DC 磚和太陽(yáng)能逆變器的功率因數(shù)校正 （PFC） 和同步整流模塊等應(yīng)用的趨勢(shì)，在這些應(yīng)用中，設(shè)計(jì)人員被限制在相同尺寸（或更小?。┮垣@得相同數(shù)量的輸出功率。

TI 的產(chǎn)品組合包括具有高電流、快速上升和下降時(shí)間以及延遲匹配的柵極驅(qū)動(dòng)器。請(qǐng)參閱表 1。

表 1：大電流柵極驅(qū)動(dòng)器

高速柵極驅(qū)動(dòng)器可以通過(guò)降低FET的體二極管的功耗來(lái)提高效率。體二極管是寄生二極管，對(duì)于大多數(shù)類型的FET是固有的。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)，體二極管上的電壓降通常高于MOSFET兩端的電壓。由于對(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)提高這些電路的效率。減少體二極管導(dǎo)通使這種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)最大化。

讓我們考慮一個(gè)同步降壓轉(zhuǎn)換器。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?。小死區(qū)時(shí)間對(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。

負(fù)責(zé)高速接通的一個(gè)重要的柵極驅(qū)動(dòng)器參數(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)始變高的時(shí)間之間的時(shí)間。這種情況的一個(gè)示例如圖2所示。該想法是，當(dāng)FET重新導(dǎo)通時(shí)，體二極管將關(guān)斷?？焖賹?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。

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。

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。

審核編輯：郭婷