本文主要闡述了在驅(qū)動芯片中表征驅(qū)動能力的關(guān)鍵參數(shù):驅(qū)動電流和驅(qū)動時間的關(guān)系,并通過實驗解釋了如何正確理解這些參數(shù)在實際應用中的表現(xiàn)。
概述
驅(qū)動芯片
功率器件如MOSFET、IGBT需要驅(qū)動電路的配合從而得以正常地工作。圖1顯示了一個驅(qū)動芯片驅(qū)動一個功率MOSFET的電路。當M1開通,M2關(guān)掉的時候,電源VCC通過M1和Rg給Cgs,Cgd充電,從而使MOSFET開通,其充電簡化電路見圖2。當M1關(guān)斷,M2開通的時候,Cgs通過Rg和M2放電,從而使MOSFET關(guān)斷,其放電簡化電路見圖3。
圖1.功率器件驅(qū)動電路
圖2.開通時的簡化電路及充電電流
圖3.關(guān)斷時的簡化電路及放電電流
驅(qū)動電路的驅(qū)動能力影響功率器件的開關(guān)速度,進而影響整個系統(tǒng)的效率、電磁干擾等性能。驅(qū)動能力太強會導致器件應力過高、電磁干擾嚴重等問題; 而驅(qū)動能力太弱會導致系統(tǒng)效率降低。因此,選擇一個適當驅(qū)動能力的芯片來驅(qū)動功率器件就顯得至關(guān)重要。
衡量驅(qū)動能力
的主要指標
驅(qū)動電流
和驅(qū)動速度
衡量一個驅(qū)動芯片驅(qū)動能力的指標主要有兩項:驅(qū)動電流和驅(qū)動的上升、下降時間。這兩項參數(shù)在一般驅(qū)動芯片規(guī)格書中都有標注。而在實際應用中,工程師往往只關(guān)注驅(qū)動電流而忽視上升、下降時間這一參數(shù)。事實上,驅(qū)動的上升、下降時間這個指標也同樣重要,有時甚至比驅(qū)動電流這個指標還重要。因為驅(qū)動的上升、下降時間直接影響了功率器件的開通、關(guān)斷速度。
圖4.MOSFET開通時驅(qū)動電壓和驅(qū)動電流
圖4顯示了一個MOSFET開通時門極驅(qū)動電壓和驅(qū)動電流的簡化時序圖。t1到t2這段時間是門極驅(qū)動的源電流(IO+)從零開始到峰值電流的建立時間。在t3時刻,門極電壓達到米勒平臺,源電流開始給MOSFET的米勒電容充電。在t4時刻,米勒電容充電完成,源電流繼續(xù)給MOSFET的輸入電容充電,門極電壓上升直到達到門極驅(qū)動的電源電壓VCC。同時在t4到t5這個期間,源電流也從峰值電流降到零。
這里有一個很重要的階段:t1到t2的源電流的建立時間。不同的驅(qū)動芯片有不同的電流建立時間,這一建立時間會影響驅(qū)動的速度。
測試對比
以下通過實測兩款芯片SLM2184S和IR2184S的性能來說明驅(qū)動電流建立時間對驅(qū)動速度的影響。
表格1對比了SLM2184S和IR2184S的各項測試。雖然SLM2184S的峰值源電流[IO+]和峰值灌電流[IO-]比IR2184S的測試值偏小,但是SLM2184S的電流建立時間遠比IR2184S的建立時間更短。
表格1:SLM2184S 和IR2184S驅(qū)動電流和驅(qū)動時間對比
因此,在負載電容(比如MOSFET的輸入電容)較小的時候,SLM2184S的驅(qū)動速度并不比IR2184S的驅(qū)動速度慢。如在1nF的負載電容下,兩者的驅(qū)動速度基本一致。只有當負載電容較大的時候,如在3.3nF的情況下,SLM2184S的驅(qū)動速度才會比IR2184S慢。
實測
SLM2184S vs IR2184S
驅(qū)動測試對比
圖5~圖16: 實測SLM2184S的驅(qū)動電流和驅(qū)動時間的波形。
圖17~圖28: 實測IR2184S的驅(qū)動電流和驅(qū)動時間的波形。
SLM2184S驅(qū)動測試
CH1:驅(qū)動輸入; CH2:驅(qū)動輸出; CH4:驅(qū)動源電流
圖5:SLM2184S的驅(qū)動源電流
負載電容100nF
CH1:驅(qū)動輸入; CH2:驅(qū)動輸出; CH4:驅(qū)動源電流
圖6:SLM2184S的驅(qū)動源電流上升速度
負載電容100nF
CH1:驅(qū)動輸入; CH2:驅(qū)動輸出; CH4:驅(qū)動灌電流
圖7:SLM2184S的驅(qū)動灌電流
負載電容100nF
CH1:驅(qū)動輸入; CH2:驅(qū)動輸出; CH4:驅(qū)動灌電流
圖8:SLM2184S的驅(qū)動灌電流上升速度
負載電容100nF
CH1:驅(qū)動輸入; CH2:驅(qū)動輸出; CH4:驅(qū)動源電流
圖9:SLM2184S的驅(qū)動上升速度
負載電容1nF
CH2:驅(qū)動輸出
圖10:SLM2184S的驅(qū)動上升速度
負載電容1nF
CH1:驅(qū)動輸入; CH2:驅(qū)動輸出; CH4:驅(qū)動灌電流
圖11:SLM2184S的驅(qū)動下降速度
負載電容1nF
CH2:驅(qū)動輸出
圖12:SLM2184S的驅(qū)動下降速度
負載電容1nF
CH2:驅(qū)動輸出
圖13:SLM2184S的驅(qū)動上升速度
負載電容2.2nF
CH2:驅(qū)動輸出
圖14:SLM2184S的驅(qū)動上升速度
負載電容3.3nF
CH2:驅(qū)動輸出
圖15:SLM2184S的驅(qū)動下降速度
負載電容2.2nF
CH2:驅(qū)動輸出
圖16:SLM2184S的驅(qū)動下降速度
負載電容3.3nF
IR2184S驅(qū)動測試
CH1:驅(qū)動輸入; CH2:驅(qū)動輸出; CH4:驅(qū)動源電流
圖17:IR2184S的驅(qū)動源電流
負載電容100nF
CH1:驅(qū)動輸人; CH2:驅(qū)動輸出; CH4:驅(qū)動源電流
圖18:IR2184S的驅(qū)動源電流上升速度
負載電容100nF
CH1:驅(qū)動輸入; CH2:驅(qū)動輸出; CH4:驅(qū)動灌電流
圖19:IR2184S的驅(qū)動灌電流
負載電容100nF
CH1:驅(qū)動輸入; CH2:驅(qū)動輸出; CH4:驅(qū)動灌電流
圖20:IR2184S的驅(qū)動灌電流上升速度
負載電容100nF
CH1:驅(qū)動輸入; CH2:驅(qū)動輸出; CH4:驅(qū)動源電流
圖21:IR2184S的驅(qū)動上升速度
負載電容1nF
CH2:驅(qū)動輸出
圖22:IR2184S的驅(qū)動上升速度
負載電容1nF
CH1:驅(qū)動輸入; CH2:驅(qū)動輸出; CH4:驅(qū)動灌電流
圖23:IR2184S的驅(qū)動下降速度
負載電容1nF
CH2:驅(qū)動輸出
圖24:IR2184S的驅(qū)動下降速度
負載電容1nF
CH2:驅(qū)動輸出
圖25:IR2184S的驅(qū)動上升速度
負載電容2.2nF
CH2:驅(qū)動輸出
圖26:IR2184S的驅(qū)動上升速度
負載電容3.3nF
CH2:驅(qū)動輸出
圖27:IR2184S的驅(qū)動下降速度
負載電容2.2nF
CH2:驅(qū)動輸出
圖28:IR2184S的驅(qū)動下降速度
負載電容3.3nF
測試總結(jié)
從以上實驗測試可以看到,驅(qū)動芯片的驅(qū)動速度不僅取決于驅(qū)動電流的大小,還受到諸如驅(qū)動電流建立時間、MOSFET的輸入電容等因素的影響。有些驅(qū)動芯片的驅(qū)動電流雖然比較大,但由于它的電流上升和下降速度很慢,并沒有很好地發(fā)揮大驅(qū)動電流的作用,甚至在大部分應用場合下驅(qū)動速度(tr和tf)不如驅(qū)動電流小的驅(qū)動芯片。因此,在選擇驅(qū)動芯片的時候,不僅要關(guān)注驅(qū)動電流的大小,也要關(guān)注在一定負載電容下的上升、下降時間。當然最為妥當?shù)霓k法是根據(jù)實際選擇的功率管測量驅(qū)動端的波形,從而判斷是否選擇了合適的驅(qū)動芯片。
關(guān)于數(shù)明半導體
上海數(shù)明半導體有限公司成立于2013年,聚焦于高性能模擬芯片設計以及系統(tǒng)的整體解決方案,產(chǎn)品包括驅(qū)動芯片、隔離器、電源管理以及智能光伏方案等,產(chǎn)品可廣泛應用在工業(yè)控制、電源、光模塊、新能源以及汽車等領(lǐng)域。公司總部位于上海松江G60科創(chuàng)走廊-科技綠洲,在深圳南山、浦東張江等地建立了分支機構(gòu)。
數(shù)明半導體的核心研發(fā)和管理團隊由一批來自業(yè)界知名半導體設計公司的資深專家們組成。公司擁有獨立自主知識產(chǎn)權(quán)和豐富的IP積累,已獲得多項專利授權(quán)并于2020年獲評為“高新技術(shù)企業(yè)”。
數(shù)明半導體始終堅持以“專業(yè)、專注、創(chuàng)新、高效”為經(jīng)營理念,致力于成為國內(nèi)領(lǐng)先的驅(qū)動及電源管理芯片供應商。
審核編輯 :李倩
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原文標題:應用筆記 | 正確理解驅(qū)動電流與驅(qū)動速度
文章出處:【微信號:數(shù)明半導體,微信公眾號:數(shù)明半導體】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請注明出處。
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