1 了解并比較柵極驅動器的峰值電流能力

本技術手冊介紹了如何評估不同柵極驅動器的柵極驅動強度（峰值輸出電流）、影響峰值拉電流和灌電流的因素，及其對系統性能的影響。

柵極驅動器用于驅動 MOSFET、IGBT 和 GaN 等開關管，因此主要用于控制器因峰值拉電流和灌電流不足而無法直接驅動這些開關管的電路中。大多數柵極驅動器數據表都簡單指定了典型驅動電流能力，如下表所示。

上述信息有助于獲得基本的了解，但僅根據這些典型值來比較兩個或更多個柵極驅動器，可能不會產生卓越的系統性能，甚至是更優的設計成本。需要注意該峰值電流是在什么測試條件下指定的。一些柵極驅動器在更高的偏置電壓下會產生更高的典型驅動電流。因此，在 12V 時指定為 2.5A 的柵極驅動器不能直接與在 16V 時指定為 3.5A 的柵極驅動器進行比較。還應注意，開關損耗會隨著偏置電壓的增加而增加，因此即使驅動電流較高，系統效率也可能會降低。

電源設計工程師需要知道大多數參數在工作溫度范圍內的最小值和最大值，來優化設計。當驅動電流指定為典型值時，柵極驅動器輸出級的 R_DS(on) 可用于估計驅動電流變化，也可用于比較多個柵極驅動器。比較 R_DS(on) 時，應注意測試條件是一樣的。R_DS(on) 可以直接指定，也可以根據下表中的值從輸出電壓和測試電流規格導出為 R_DS(on) = V_O / I_O。這里需要注意的是，這種方式只能比較兩種相同類型的輸出結構。

與偏置電壓類似，環境溫度也會影響柵極驅動器的驅動電流。要了解和優化系統性能，評估偏置電源上和溫度范圍內的輸出電壓變化也很重要。從圖 1 可以看出，無論工作溫度如何，UCC27282 輸出級的 R_DS(ON) 都不受偏置電壓的影響。這意味著即使在較低的偏置電壓下，驅動電流能力也不會發生顯著變化。較低偏置電壓下的良好驅動電流能力可降低開關損耗，從而實現更高的效率。

Psw = Vbias x Qg x Fsw

其中，

Psw = 每個通道的柵極驅動器開關損耗

Qg = 功率 MOSFET 的總柵極電荷

Fsw = 功率級開關頻率

較低偏置電壓下的良好驅動強度還可以提高功率級的開關頻率，從而減小系統中磁性元件的尺寸、重量，并降低元件成本。

務必注意，即使在高溫下，驅動強度也不會顯著降低。在高溫下，功率 MOSFET 內部柵極電阻會增加，這會減慢開啟和關閉速度。功率 MOSFET 的緩慢開啟和關閉可能會導致開關損耗增加。因此，在比較兩個柵極驅動器時，務必注意最大推薦工作溫度下的驅動電流能力。

如前所述，柵極驅動器的主要目的是有效地導通和關斷功率器件。這種能力的直接衡量標準是柵極驅動器的上升和下降時間規格。因此，在比較多個柵極驅動器時，有必要比較這個規格，而不是比較典型的峰值上拉和下拉電流規格。對于所有被比較的柵極驅動器，測試條件需要相同。

功率器件柵極電荷不完全是線性負載。換言之，對于不同的柵極電荷器件，上升時間和下降時間可能無法針對相同的驅動電流線性調整。這如下面的圖 4 所示。100nF 負載下的上升時間和下降時間與線性標定值不同。因此，在比較多個驅動器的驅動電流時，務必密切關注柵極驅動器在相關負載下的上升和下降時間。

比較多個柵極驅動器 IC 性能的更好方法是在同一個應用板中測試它們。但是，很多時候這無法實現，因此，需要了解影響功率器件導通和關斷的所有要素。到目前為止，尚未討論的一個關鍵元件是在柵極驅動器 IC 的輸出和功率器件之間使用的外部柵極電阻器。這個柵極電阻的值會極大地影響系統的性能。例如，如果系統使用 20Ω 外部柵極電阻器，則無論在 10V 偏置電壓下使用 2A 還是 3A 柵極驅動器，系統性能都可能不會受到顯著影響。還需要注意的是，即使由于驅動電流能力的差異較大而導致系統性能存在差異，也可以通過調整柵極電阻值來彌補這種差異。例如，可以將 3A 驅動器的 10Ω 柵極電阻器更改為 2A 柵極驅動器的較低值電阻器或 4A 驅動器的較高值電阻器，以實現相同的功率器件上升和下降時間。

總之，設計工程師需要各種因素來比較多個柵極驅動器的驅動強度。這些因素包括開關功率器件的類型、功率器件的柵極電荷、外部柵極電阻器、測試條件、偏置電壓和工作溫度。