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选择栅极驱动器时功率是重要的考虑因素之一
2021-11-11 来源: 亚美体育·(中国)股份有限公司官网
为了对功率器件的栅极进行充放电,必须消耗能量。 如果使用等效电容模型,并且每个开关周期都发生栅极的完全充电和放电,则隔离式和非隔离式栅极驱动器的栅极开关动作耗散的功率为:
其中:
PDISS 为一个栅极切换周期中消耗的功率。
CEQ为等效栅极电容。
VDD2 为功率器件栅极的总电压摆幅。
QG_TOT 为功率器件的总栅极电荷。
fS为系统的开关频率。
重要的是应注意,等效栅极电容CEQ与功率器件数据手册中的CISS不是一回事。它常常比CISS大3到5倍,而总栅极电荷QG_TOT是一个更准确的数值,可供使用。还应注意的是,该方程式中未出现充电和放电的串联电阻,原因是它仅与开关动作的总功耗有关,而与栅极驱动器IC内部的功耗无关。
由于隔离式栅极驱动器的隔离特性,标准要求不同的隔离区通过足够的爬电距离和电气间隙距离分开。爬电距离和电气间隙距离要减去原边到副边区域路径中的任何电流导体,因此,很少看到隔离式栅极驱动器使用裸露焊盘或散热块。这意味着无法使用一种主要的帮助降低集成电路热阻的方法,导致将功耗转移到隔离式栅极驱动器封装之外(使得在给定工作点时环境工作温度可以更高)的重要性更高。
由于无法给隔离式栅极驱动器添加散热块,因此所用封装的热阻大致与引脚数、内部金属化、引线框架连接和封装尺寸相关。对于给定产品型号的隔离式栅极驱动器,当比较不同可用器件时,封装尺寸、引脚数和引脚排列通常相同,所以不同器件的θJA数值大致相同。
栅极驱动器IC内的热耗散是导致内部结温升高的原因。式1中计算出的功耗是功率器件栅极接通和关断的总功耗。栅极驱动器IC内的功耗在输出驱动FET的内部电阻RDS(ON)_N和RDS(ON)_P与外部串联栅极电阻REXT之间分配。如果栅极驱动器大部分时候在线性区域工作,则栅极驱动器IC经历的功耗比为:
如果RDS(ON)_N = RDS(ON)_P = RDS(ON),式2可简化为:
因此,栅极驱动器IC从功率器件切换中获得的总功率等于式1乘以式3:
从式4可以看出,RDS(ON)越小,隔离式栅极驱动器的功耗部分也越小。如果要满足所需的上升/下降时间,则应保留用于功率器件栅极充放电的RC常数。RC常数中的电阻是内部RDS(ON)和外部串联栅极电阻的串联组合。换句话说,如果应用中使用的两个竞争驱动器具有相同的上升和下降速度,则RDS(ON)较低的驱动器可以使用更大的外部串联栅极电阻,而总串联电阻保持不变,意味着栅极驱动器IC本身的功耗更低。