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ZHCAFS8 September 2025 UCC57108-Q1

4.3 柵極驅動器功耗

需確認所選柵極驅動器的功耗是否在規格范圍內。低側柵極驅動器中的總功耗 (P_tot) 可分為兩個部分：直流損耗和開關損耗。直流損耗 (P_DC) 取決于柵極驅動器為內部電路提供偏置所需的靜態電流。開關損耗 (P_SW) 取決于電源開關的柵極電荷、偏置電壓、開關頻率和內部/外部柵極電阻。

可根據柵極驅動器數據手冊中的熱規格參數及預估環境溫度，計算出驅動器的最大允許功耗 (P_max)。可以將 P_max 與計算出的 P_tot 進行比較，以確保柵極驅動器在規格范圍內。方程式 5 和方程式 6 用于估算 UCC57132B 的最大功率耗散。

方程式 5.

P_{m a x} = \frac{T_{J} - T_{A}}{R_{θ J A}}

方程式 6.

P_{m a x} = \frac{150 ° C - 100 ° C}{126.6 \frac{° C}{W}} = 395 m W

UCC57132B 的最大 VDD 靜態電流為 1.3mA，最大 VEE 靜態電流為 1.1mA。當 VDD 電源為 +20V、VEE 電源為 -5V 時，其直流損耗為 31.5mW $(= (1.3 m A \times 20 V) + (- 1.1 m A \times - 5 V))$ 。

開關損耗可使用方程式 7 和方程式 8 進行估算。R_OH(eff) 表示輸出導通期間輸出結構的有效上拉電阻 (1Ω)；這一特性源于 UCC57132B 輸出級的混合上拉結構，其中包含一個與上拉 PMOS 并聯的上拉 NMOS。該參數與數據手冊中的 R_OH 參數不同，后者僅代表上拉 PMOS（如果需要高估，可以使用 R_OH 代替 R_OH(eff)）。R_OL 指下拉 NMOS 的典型電阻，可在數據手冊中查詢 (1?)。R_GATE(H) 是指導通外部柵極電阻，R_GATE(L) 是指關斷外部柵極電阻。R_GATE(I) 是指所選 SiC MOSFET 的固有柵極電阻 (2Ω)。

方程式 7.

P_{S W} = Q_{g} \times (V_{D D} - V_{E E}) \times f_{s w} \times \frac{1}{2} (\frac{R_{O H (e f f)}}{R_{O H (e f f)} + R_{G A T E (H)} + R_{G A T E (I)}} + \frac{R_{O L}}{R_{O L} + R_{G A T E (L)} + R_{G A T E (I)}})

方程式 8.

P_{S W} = 73 n C \times (20 V - (- 5 V)) \times 60 k H z \times \frac{1}{2} (\frac{1 Ω}{1 Ω + 2.2 Ω + 2 Ω} + \frac{1 Ω}{1 Ω + 1.1 Ω + 2 Ω}) = 23.9 m W

封裝中耗散的總功率估算值通過方程式 9 和方程式 10 進行計算。

方程式 9.

P_{t o t} = P_{D C} + P_{S W}

方程式 10.

P_{t o t} = 31.5 m W + 23.9 m W = 55.4 m W

對于初始設計而言，計算得出的 P_tot 遠小于 UCC57132B 的估算 P_max，確保器件在規格范圍內。在整個設計階段，必須完成進一步的熱分析，以驗證是否具備足夠的散熱能力。有關熱分析的更多信息，請閱讀半導體和 IC 封裝熱指標 應用手冊。