我們生活在一個設(shè)計師似乎不斷追求更高效率的世界里。我們希望用更少的功率輸出更多的電源！更高的系統(tǒng)效率需要團(tuán)隊努力，包括（但不限于）性能更好的柵極驅(qū)動器、控制器和新的寬帶隙技術(shù)。

具體而言，大電流柵極驅(qū)動器可以通過最小化開關(guān)損耗來幫助提高整體系統(tǒng)效率。當(dāng) FET 打開或打開和關(guān)閉時，會發(fā)生開關(guān)損耗。要打開FET，柵極電容必須充電超過閾值電壓。柵極驅(qū)動器的驅(qū)動電流有利于柵極電容的充電。驅(qū)動電流能力越高，電容充電或放電的速度就越快。能夠源出和吸收大量電荷可最大限度地減少功率損耗和失真。（傳導(dǎo)損耗是FET中其他類型的開關(guān)損耗。傳導(dǎo)損耗由內(nèi)阻或RDS（開啟），其中 FET 的 .FET隨著電流的傳導(dǎo)而耗散功率。

換句話說，目標(biāo)是最大限度地減少需要高頻功率轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)中的開關(guān)轉(zhuǎn)換時間段。突出此類性能的柵極驅(qū)動器規(guī)格是上升和下降組合時間。參見圖1。

圖 1：典型上升和下降時間圖

如果你想更上一層樓，延遲匹配等柵極驅(qū)動器特性可以有效地使驅(qū)動電流能力翻倍。延遲匹配是兩個通道之間內(nèi)部傳播延遲的匹配。這是通過并聯(lián)雙通道柵極驅(qū)動器的輸出或?qū)⑼ǖ肋B接在一起來實(shí)現(xiàn)的。例如，TI 的 UCC27524A 具有極其精確的 1ns（典型值）延遲匹配，可將驅(qū)動電流從 5A 增加到 10A。

圖 2 顯示了 UCC27524A 的 A 和 B 通道組合成一個驅(qū)動器。INA 和 INB 輸入連接在一起，OUTA 和 OUTB 也是如此。一個信號控制并聯(lián)組合。

圖 2：具有并聯(lián)輸出的 UCC27524A，可實(shí)現(xiàn)雙倍驅(qū)動電流能力

提高系統(tǒng)效率的一個結(jié)果是功率密度增加。對更高功率密度的需求是隔離電源、DC/DC 磚和太陽能逆變器的功率因數(shù)校正 （PFC） 和同步整流模塊等應(yīng)用的趨勢，在這些應(yīng)用中，設(shè)計人員被限制在相同尺寸（或更小?。┮垣@得相同數(shù)量的輸出功率。

TI 的產(chǎn)品組合包括具有高電流、快速上升和下降時間以及延遲匹配的柵極驅(qū)動器。請參閱表 1。

表 1：大電流柵極驅(qū)動器

高速柵極驅(qū)動器可以通過降低FET的體二極管的功耗來提高效率。體二極管是寄生二極管，對于大多數(shù)類型的FET是固有的。它由p-n結(jié)點(diǎn)形成并且位于漏極和源極之間。圖1所示為典型MOSFET電路符號中表示的體二極管。

圖1：MOSFET符號包括固有的體二極管

限制體二極管的導(dǎo)通時間將進(jìn)而降低其兩端所消耗的功率。這是因為當(dāng)MOSFET處于導(dǎo)通狀態(tài)時，體二極管上的電壓降通常高于MOSFET兩端的電壓。由于對于相同的電流水平，P = I×V（其中P是功耗，I是電流，V是電壓降），通過MOSFET通道的傳導(dǎo)損耗顯著低于通過體二極管的傳導(dǎo)損耗。

這些概念在電力電子電路的同步整流中發(fā)揮作用。同步整流通過用諸如功率MOSFET的有源控制器件代替二極管來提高這些電路的效率。減少體二極管導(dǎo)通使這種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)最大化。

讓我們考慮一個同步降壓轉(zhuǎn)換器。當(dāng)高側(cè)FET關(guān)斷并且電感器中仍然存在電流時，低側(cè)FET的體二極管變?yōu)檎蚱?。小死區(qū)時間對避免直通很有必要。在此之后，低側(cè)FET導(dǎo)通并開始通過其通道導(dǎo)通。相同的原理適用于通常在DC / DC電源和電動機(jī)驅(qū)動設(shè)計中發(fā)現(xiàn)的其它同步半橋配置。

負(fù)責(zé)高速接通的一個重要的柵極驅(qū)動器參數(shù)是導(dǎo)通傳播延遲。這是在柵極驅(qū)動器的輸入端施加信號到輸出開始變高的時間之間的時間。這種情況的一個示例如圖2所示。該想法是，當(dāng)FET重新導(dǎo)通時，體二極管將關(guān)斷?？焖賹?dǎo)通傳播延遲可以更快地導(dǎo)通FET，從而最小化體二極管的導(dǎo)通時間，進(jìn)而使損耗最小化。

TI的產(chǎn)品組合包括具有行業(yè)領(lǐng)先的高速導(dǎo)通傳播延遲的柵極驅(qū)動器。參見表1。

表1：高速驅(qū)動器

系統(tǒng)效率是一個團(tuán)隊努力的結(jié)果。本博客系列介紹了高速和高電流柵極驅(qū)動器是關(guān)鍵件。

審核編輯：郭婷