4 高功率連續(xù)運(yùn)行

許多雙向直流/直流轉(zhuǎn)換器應(yīng)用的趨勢是功率和輸出電流電平不斷提高。功率高達(dá) 3.6kW 的多相設(shè)計并不少見，這會在每個 75A 或更高的相位中產(chǎn)生高電流。有一些與柵極驅(qū)動器穩(wěn)態(tài)、高電流運(yùn)行相關(guān)的細(xì)節(jié)，設(shè)計人員必須密切關(guān)注。

低側(cè) MOSFET 和高側(cè) MOSFET 開關(guān)的時序有一些死區(qū)時間，以防止 MOSFET 半橋可能發(fā)生跨導(dǎo)。在低側(cè)功率 MOSFET 關(guān)斷且高側(cè)功率 MOSFET 關(guān)斷的死區(qū)時間內(nèi)，流經(jīng)輸出電感器的電流會通過低側(cè)功率 MOSFET 的體二極管。在死區(qū)時間期間，MOSFET 體二極管上的壓降高于低側(cè) MOSFET 導(dǎo)通期間的壓降，這會導(dǎo)致開關(guān)節(jié)點轉(zhuǎn)換到較低的負(fù) HS 電壓電平。當(dāng)?shù)蛡?cè) FET 關(guān)斷隨后高側(cè) MOSFET 導(dǎo)通時，發(fā)生這種轉(zhuǎn)換后，設(shè)計人員需要了解柵極驅(qū)動器的運(yùn)行細(xì)節(jié)。請參閱圖 4-1 中所示的時序。

圖 4-1 穩(wěn)態(tài) HS 電壓和自舉二極管電流的詳細(xì)時序圖

需要關(guān)注的方面是低側(cè)驅(qū)動器關(guān)斷、死區(qū)時間和高側(cè)驅(qū)動器導(dǎo)通之間的轉(zhuǎn)換。當(dāng)?shù)蛡?cè)驅(qū)動器和低側(cè) MOSFET 處于打開狀態(tài)時，輸出電感器電流將流過 MOSFET 通道，根據(jù)電感器電流和 MOSFET R_DSON，HS 或開關(guān)節(jié)點電壓會輕微為負(fù)值。在低側(cè) MOSFET 關(guān)斷后，電感器電流流經(jīng)低側(cè) MOSFET 體二極管，因此會根據(jù)體二極管正向壓降產(chǎn)生更大的負(fù) HS 電壓。參考圖 4-1，負(fù) HS 電壓增加會導(dǎo)致自舉二極管開始導(dǎo)通，從而將 HB 電容充電回自舉二極管的 VDD- V_F，這會導(dǎo)致自舉二極管正向電流。在此期間的自舉二極管峰值電流取決于體二極管正向壓降和自舉二極管動態(tài)電阻，對于 1.5V 的體二極管壓降和 1Ω 的自舉二極管電阻，可產(chǎn)生 1.5A 的自舉二極管正向電流。在死區(qū)時間內(nèi)，驅(qū)動器的 HO 輸出轉(zhuǎn)換為高電平以啟動高側(cè) MOSFET 的導(dǎo)通，從而使 HB-HS 電容器放電以對高側(cè) MOSFET Q_G 充電。這會在自舉電容器上產(chǎn)生一些壓降，還會在自舉二極管中產(chǎn)生一些正向電流，以恢復(fù)自舉電容器上的電荷。這兩個事件會使自舉二極管在接近高側(cè) MOSFET 導(dǎo)通時間開始傳導(dǎo)電流，從而導(dǎo)致開關(guān)節(jié)點轉(zhuǎn)換為高電平。如果在開關(guān)節(jié)點轉(zhuǎn)換為高電平時自舉二極管中的正向電流沒有充分降低到低電平，則在強(qiáng)制關(guān)閉時，自舉二極管中會產(chǎn)生高反向恢復(fù)電流，可能會導(dǎo)致內(nèi)部自舉二極管發(fā)生應(yīng)力或損壞。

圖 5-1 顯示了 100V 低 R_DSON MOSFET 的體二極管正向電流與正向壓降間的關(guān)系，以說明死區(qū)時間內(nèi)負(fù) HS 電壓的變化。紅色標(biāo)記表示 40A 時的最大電壓，即低溫條件下的電壓。需要記住的一點是，HS 負(fù)電壓偏移是通道導(dǎo)通和體二極管導(dǎo)通之間的差異。從圖 5-1 中的圖形可以看出，體二極管的壓降在低溫下增加，這也是由于 MOSFET R_DSON 的負(fù)溫度系數(shù)而導(dǎo)致 R_DSON 壓降降低的情況。