ZHCSHS5C February 2018 – November 2024 UCC21222
PRODUCTION DATA
8.2.2.5 估算柵極驅動器功率損耗
柵極驅動器子系統中的總損耗 PG 包括 UCC21222 (PGD) 的功率損耗和外圍電路（如外部柵極驅動電阻器）中的功率損耗。自舉二極管損耗并未包含在 PG 中，本節中也不對其進行討論。
PGD 是關鍵功率損耗，決定了 UCC21222 的熱安全相關限值，可以通過計算若干分量產生的損耗來對其進行估算。
第一個分量是靜態功率損耗 PGDQ，其中包含驅動器在一定開關頻率下工作時的靜態功率損耗以及驅動器的自身功耗。PGDQ 是在給定 VCCI、VDDA/VDDB、開關頻率和環境溫度下，在無負載連接到 OUTA 和 OUTB 時在臺架上測量。在本例中，VVCCI = 5V 且 VVDD = 20V。當 INA/INB 以 100kHz 頻率從 0V 切換至 3.3V 時，測得每個電源上的電流 IVCCI = 2.5mA 且 IVDDA = IVDDB = 2.5 mA。因此，可以通過以下公式計算 PGDQ：
第二個分量是開關操作損耗 PGDO，此時具有給定的負載電容，驅動器在每個開關周期中對其進行充電和放電。負載開關產生的總動態損耗 PGSW 可以通過以下公式進行估算：
其中
- QG 是功率晶體管的柵極電荷。
如果使用分離電源軌進行開啟和關閉，則 VDD 將等于正電源軌和負電源軌之間的差值。
因此，在本應用示例中：
QG 表示功率晶體管在以 20 A 的電流和 800 V 的電壓進行開關時的總柵極電荷，該電荷隨測試條件的變化而變化。輸出級上的 UCC21222 柵極驅動器損耗 PGDO 是 PGSW 的一部分。如果外部柵極驅動器電阻為 0Ω，則 PGDO 將等于 PGSW，并且所有柵極驅動器損耗都將在 UCC21222 內耗散。如果存在外部導通和關斷電阻，則總損耗將分布在柵極驅動器上拉/下拉電阻和外部柵極電阻之間。重要的是，如果拉電流/灌電流未達到 4 A/6 A 飽和值，則上拉/下拉電阻是線性的固定電阻，然而，如果拉電流/灌電流達到飽和，它將是非線性的。因此，PGDO 在這兩種情形下是不同的。
案例 1 - 線性上拉/下拉電阻器：
在該設計示例中，所有預測的拉電流/灌電流均小于 4A/6A，因此可以使用以下公式來估算 UCC21222 柵極驅動器損耗：
案例 2 - 非線性上拉/下拉電阻器：
其中
- VOUTA/B(t) 為柵極驅動器 OUTA 和 OUTB 引腳在導通和關斷瞬變期間的電壓，它可以簡化為恒流源（在導通時為 4A，在關斷時為 6A）對負載電容器進行充電或放電。因此，VOUTA/B(t) 波形將是線性的，可以輕松地預測 TR_Sys 和 TF_Sys。
對于某些情形，如果只有一個上拉或下拉電路飽和，而另一個未飽和，則 PGDO 是案例 1 和案例 2 的組合，基于上述討論，可以輕松地確定上拉和下拉的方程。因此，柵極驅動器 UCC21222 中的總柵極驅動器損耗 PGD 為：
在本設計示例中該值等于 142.5 mW。