ZHCSUV2A April 2024 – October 2024 UCC27614-Q1
PRODUCTION DATA
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通常，電源開關在接通和關斷期間的開關速度應該盡可能快，以更大限度地降低開關功率損耗。柵極驅動器器件必須能夠提供所需的峰值電流，以實現邏輯電平 MOSFET、功率 MOSFET、SiC MOSFET 和 IGBT 等目標電源開關器件的目標開關速度。
以功率 MOSFET 為例，系統對開關速度的要求通常通過功率 MOSFET 漏源電壓的壓擺率（如 dVDS/dt）來描述。例如，在連續導通模式 (CCM) 升壓 PFC 轉換器應用中，系統可能要求 600V 功率 MOSFET 在 400V 的直流母線電壓下，以 100V/ns 或更高的 dVDS/dt 導通。這種類型的應用屬于電感式硬開關應用，因此降低開關功率損耗至關重要。該要求意味著在功率 MOSFET 導通事件期間（從關斷狀態下的 400V 到導通狀態下的 VDS(on)），整個漏源電壓擺幅必須在約 4ns 或更短的時間內完成。當發生漏源電壓擺幅時，功率 MOSFET 的米勒電荷（假設 600V 功率 MOSFET 的 QGD 參數為 32nC）由柵極驅動器的峰值電流提供。根據功率 MOSFET 電感開關機制，此時功率 MOSFET 的柵源電壓為米勒平坦區域電壓，通常比功率 MOSFET 的閾值電壓 VGS(th) 高幾伏。
為了實現目標 dVDS/dt，柵極驅動器必須能夠在 4ns 或更短的時間內提供 QGD 電荷。換句話說，柵極驅動器必須提供 8A (= 32nC/4ns) 或更高的峰值電流。UCC27614-Q1 系列柵極驅動器能夠提供 10A 峰值拉電流和 10A 峰值灌電流，明顯超過了設計要求，并能夠滿足所需的開關速度。這種顯著的高驅動能力針對功率 MOSFET 在 QGD 參數方面的器件間差異提供了額外的裕度，同時也為插入外部柵極電阻器并對開關速度進行微調提供了額外的靈活性，以實現效率與 EMI 優化。然而，在實際設計中，PCB 的柵極驅動電路中的寄生引線電感對功率 MOSFET 開關速度具有決定性的作用。該跡線電感會限制柵極驅動器的輸出電流脈沖的 dI/dt。為了說明這一點，下面以近似三角曲線的柵極驅動器輸出電流脈沖波形為例說明，其中三角曲線下的面積 (? ×IPeak × time) 將等于 600V 功率 MOSFET 的總柵極電荷（功率 MOSFET 數據表中的 QG 參數）。如果寄生引線電感限制了 dI/dt，則可能會發生這樣的情況：在提供開關功率 MOSFET 的 QG 所需的時間內無法完全實現柵極驅動器的完整峰值電流能力。換言之，上述公式中的 time 參數將占主導地位，并且電流脈沖的 IPeak 值遠低于驅動器真正的峰值電流能力，同時仍能提供所需的 QG。因此，可能無法實現所需的開關速度，即使理論計算表明柵極驅動器可以實現此目標開關速度。因此，將柵極驅動器器件放置在非常靠近功率 MOSFET 的位置并設計具有最小 PCB 跡線電感的極小柵極驅動環路對于實現快速開關而言非常重要。