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已经书写了多篇相关 论题的论文.虽然驱动器通常被视作理想电压源,能够 输出或吸入电流,取决于电路的串联阻抗,但是实际 上,它却受到分立电路或者集成电路设计的限制.本文 从应用的角度回顾了对驱动器的基本要求,然后在实验 层次上研究一种方法,用于测试和评估驱动器的驱动能 力. 钳位感性开关 简化的升压变换器如图1所示,图中给出了一个带钳位 感性负载的典型功率电路原理图.当MOSFET Q导通 时,输入电压VIN施加于电感L两端,电流以线性方式爬 升,将能量储存于电感中.当MOSFET关断时,电感电 流流经二极管D1,并将能量传递给COUT和RLOAD,输出 电压为VDC.假设感值足够大,在开关时间间隔内能够 维持电流恒定. VDC L VDD VIN RG CBYP VOUT D1 Q RLOAD COUT IG 图1. 简化的升压变换器 AN-6069 APPLICATION NOTE ?

2007 Fairchild Semiconductor Corporation www.fairchildsemi.com Rev. 1.0.4 ? 12/9/13

2 MOSFET开通过程中接入钳位感性负载的图解电路波形 如图2所示 . VDD VPL VTH IL t4 t3 t2 t1 VDS IDS VGS IG time VO IPK IPL 图2. 带感性负载时MOSFET的导通过程 图2给出了在MOSFET导通过程中一个时间间隔内门极 电流路径. (a) (b) (c) (d) CGD CGS D1 CDS IL RG IG VIN VDC D S VDD RHI CGD CGS D1 CDS IL RG IDS VIN VDC D S IG VDD RHI CGD CGS D1 CDS IL RG IDS VIN VDC D S IG VDD RHI CGD CGS D1 CDS IL RG RDS VIN VDC D S IG VDD RHI 图3. MOSFET导通过程中的电流路径 [RG代表电阻串联组合,包括MOSFET内部门极电阻和 任何串联门极电阻.RHI代表驱动器的内部电阻,它的效 率值在整个开关时间间隔内是一直变化的.如下所示, 可结合参考文献[1]和[2]中提到的信息驱动器确定电流 IG. 在时间间隔t1内,IG迅速增加,通过图3(a)所示的路径, 为CGS和CGD组合充电,充至门极阈值电压VTH.在这个 时间间隔内,MOSFET没有承载电感电流. 随着时间间隔t2的开始,MOSFET通过图3(b)中的电 流路径以如下线性模式导通电流: ) V V ( g I TH GS m D ? = (1) 随着漏极电流从0升至IL,并联的CGD和CGS被充电,从阈 值电压充至由下式给定的电压平台: TH m D PL V g I V + = (2) QGS2是这个过渡期间所需的电荷,可以根据MOSFET数 据表上的特征曲线来确定,随后在本节应用实例中进行 讲解.QGS2需要的过渡时间计算如下: G

2 GS rise , IDS I Q t

2 t = = (3) 整个t2过程中,VDS一直为VOUT,被二极管D钳位.在t2 结束时,MOSFET流过全部IL电流,同时二极管整流. 随着时间间隔t3的开始,门极电流流经CGD和MOSFET的 沟道,如图3(c)所示.整个电流IG用来给CGD放电,这时VGS仍然处于VPL,同时VDS开始下降,下降时间为: G GD fall VDS I Q t t = = ,

3 (4) 在时间间隔t4,电流IG流经CGS、CGD和正在减小的导通 电阻RDS,如图3(d)所示.在t4过程中,门极到源极电 压从电压平台升高到VDD.由此可以测定MOSFET开通 所需的总门充电荷. 随着t2内漏极电流的增加和t3内VDS的下降,MOSFET两 端同时施加有高电压和流过大电流,所以瞬时功率会非 常大.在开通时间间隔内,IG与开关损耗的关系式为: ( ) ? ? ? ? ? ? ? ? + ? ? ? ? ? ? * =

3 t , G GD

2 t , G

2 GS SW LOAD IN ON , SW I Q I Q f

2 I V P (5) 该等式表明了IG的大小对开关损耗的重要性.但是,由 于输出电压在其整个范围内摆动,没有正式公式可以用 来计算从一个给定的驱动器中获得的电流.针对不同驱 动器输出电压等级,可以根据经验法来确定IG的值,该 部分将在随后的 工作台上驱动器评估 一节中给出. 举一个实例,从飞兆公司 FCP20N60功率MOSFET的数 据表中复制门极到源极电压与总门充电荷关系图如图4 所示.该曲线是通过一个带有3mA小电流源测试电路通 过驱动被测器件(DUT)的门极得到的.在这个例子 中,达到3V阈值电压的门极电荷大约需要7nC.在时间 间隔t2中需要的电荷QGS2为14nC- 7nC=7nC,在时间间隔 t3中,QGD的值为QGD=46nC-14nC =32nC.在这个典型例 子中,QGD对开关损耗的影响远远超过QGS2的贡献. AN-6069 APPLICATION NOTE ?