最大開關頻率是柵極驅動芯片的重要性能指標，其表現會受到驅動芯片的封裝、負載條件、散熱等多方面因素的制約。此外，如果半橋驅動集成了自舉二極管，功耗的計算方式也會有所不同。本應用手冊以NSD1026V為例，詳細說明了柵極驅動芯片在不同條件下最大開關頻率的估算方法及相關注意事項。

NSD1026V是一款雙通道、非反相、高速、低側的柵極驅動器，此產品能夠有效地驅動MOSFET/IGBT。為了增加穩定耐用性， NSD1026V在輸入引腳上增加耐負壓 –10V的能力。NSD1026V能夠提供高達 ±5A峰值拉灌電流的能力，此器件還具有軌到軌驅動能力和典型值為 19ns 的極小傳播延遲。

NSD1026V功能框圖

01驅動損耗計算

驅動芯片的最大開關頻率與芯片功耗以及散熱能力有關，估算驅動芯片的最大開關頻率，首先需要計算芯片的功耗。下面以NSD1026V為例，說明低邊驅動芯片的損耗計算過程。

應用中柵極驅動帶來的損耗，包括驅動芯片帶來的損耗PGD以及來自外圍電路的驅動損耗，而驅動芯片的損耗PGD主要由兩部分組成。

第一部分是驅動器靜態功耗損耗PGQ，由驅動芯片的靜態功耗和在一定開關頻率下工作的自功耗組成。這部分功耗的測試方法是，在OUTA和OUTB引腳空載情況下，INA和INB給定PWM信號，可以測試得到在固定供電電壓VDD下的功耗PGQ。

在NSD1026V (NSD1026V-Q1)的Datasheet中提供了VDD=12V，開關頻率為500kHz的空載動態電流IGQ（為了區別于動態功耗，這里的命名進行更改）。因此，靜態功率損耗PGQ可以用下面的公式進行計算：

圖1.1

下圖給出了NSD1026V的空載動態電流IGQ與開關頻率fSW以及供電電壓VDD的關系曲線，可以用作補充說明。

圖1.2

驅動動態功率損耗的產生是由于驅動芯片在每個周期內對負載進行充電和放電，與驅動負載情況、開關頻率fSW以及供電電壓VDD有關。對于雙通道低邊驅動NSD1026V而言，由負載切換引起的動態功耗可以按照下面的公式進行計算：

其中，QG是功率晶體管的柵極電荷。

第二部分的驅動芯片的動態功耗PGO是驅動動態總功耗PGOA的一部分，如果外部柵極驅動電阻為0，則動態功耗PGO等于驅動動態功耗PGOA，即所有驅動損耗都消耗在NSD1026V的內部。如果存在外部驅動電阻，則總功耗消耗在驅動器內部的MOS等效開通電阻以及外部驅動電阻之間。這里特別說明的是，如果驅動輸出和吸收電流沒有達到飽和電流，MOS的開通電阻都是線性且固定的電阻；如果輸出和吸收電流達到飽和，MOS的開通電阻將是非線性的；這兩種情況下的動態功耗是不一樣的。

當輸出和吸收電流沒有達到飽和電流時，動態功耗PGO的計算公式如下：

其中，ROH和ROL是NSD1026V輸出結構的MOS的等效開通電阻，可以從Datasheet中查詢得到，如圖1.4；RON和ROFF是驅動開通和關斷電阻；RFET是功率晶體管的內部柵極電阻。

圖1.3 驅動芯片輸出上下拉電阻

（來自NSD1026V Datasheet）

當輸出和吸收電流達到飽和電流時，動態功耗PGO的計算公式如下：

其中，VOUTA/B是OUTA和OUTB引腳在開通和關斷過程中的電壓，TRSYS和TFSYS是實際應用中的開通和關斷時間，ISRC和ISNK為芯片輸出引腳內部MOS的飽和電流，可以從數據手冊中查詢得到。

圖1.4 驅動芯片Peak Current

（來自NSD1026V Datasheet）

在一些情況下，可能某一個通道輸出/吸收電流飽和，而另一個不飽和，可以根據情況調整動態功耗的計算表達式。

結合上面的計算，驅動芯片的損耗為：

02最大開關頻率估算

芯片工作的最大開關頻率受限于芯片的結溫，在Datasheet中有明確的推薦工作結溫范圍，如圖2.1所示。NSD1026V的推薦結溫范圍為-40~125°C，當超出推薦工作溫度范圍時，可能影響芯片的壽命以及工作性能。而為了判斷芯片的結溫，可以利用Datasheet中提供的熱阻參數，如圖2.2所示。

圖2.1 推薦工作范圍（來自NSD1026V Datasheet）

圖2.2 熱阻參數（來自NSD1026V Datasheet）

（未完待續）