ZHCSQI7C April 2023 – September 2024 UCC27301A-Q1
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請參考 PDF 數(shù)據(jù)表獲取器件具體的封裝圖。
通常,電源開關(guān)在導通和關(guān)斷期間的開關(guān)速度應(yīng)盡可能快,以盡可能減小開關(guān)功率損耗。柵極驅(qū)動器器件必須能夠提供所需的峰值電流,以實現(xiàn)目標開關(guān)速度和目標功率 MOSFET。系統(tǒng)對開關(guān)速度的要求通常通過功率 MOSFET 漏源電壓的壓擺率(如 dVDS/dt)來描述。例如,在連續(xù)導通模式 (CCM) 升壓 PFC 轉(zhuǎn)換器應(yīng)用中,系統(tǒng)可能要求 SPP20N60C3 功率 MOSFET 必須在 400V 的直流母線電壓下,以 20V/ns 或更高的 dVDS/dt 導通。這種類型的應(yīng)用屬于電感式硬開關(guān)應(yīng)用,因此降低開關(guān)功率損耗至關(guān)重要。該要求意味著在功率 MOSFET 導通事件期間(從關(guān)斷狀態(tài)下的 400V 到導通狀態(tài)下的 VDS(on)),整個漏源電壓擺幅必須在約 20ns 或更短的時間內(nèi)完成。當發(fā)生漏源電壓擺幅時,功率 MOSFET 的米勒電荷(SPP20N60C3 數(shù)據(jù)表中的 QGD 參數(shù)為 33nC 典型值)由柵極驅(qū)動器的峰值電流提供。根據(jù)功率 MOSFET 電感開關(guān)機制,此時功率 MOSFET 的柵源電壓為米勒平坦區(qū)域電壓,通常比功率 MOSFET 的閾值電壓 VGS(TH) 高幾伏。
為了實現(xiàn)目標 dVDS/dt,柵極驅(qū)動器必須能夠在 20ns 或更短的時間內(nèi)提供 QGD 電荷。換句話說,柵極驅(qū)動器必須提供 1.65A (= 33nC/20ns) 或更高的峰值電流。UCC27301A-Q1 柵極驅(qū)動器能夠提供 3.7A 峰值拉電流,明顯超過了設(shè)計要求,并能夠滿足所需的開關(guān)速度。過驅(qū)能力針對功率 MOSFET 在 QGD 參數(shù)方面的器件間差異提供了額外的裕度,同時也為插入外部柵極電阻器并對開關(guān)速度進行微調(diào)提供了額外的靈活性,以實現(xiàn)效率與 EMI 優(yōu)化。然而,在實際設(shè)計中,PCB 的柵極驅(qū)動電路中的寄生引線電感對功率 MOSFET 開關(guān)速度具有決定性的作用。該跡線電感會限制柵極驅(qū)動器的輸出電流脈沖的 dI/dt。為了說明這一點,下面以近似三角曲線的柵極驅(qū)動器輸出電流脈沖波形為例說明,其中三角曲線下的面積
(? ×IPEAK × time) 等于功率 MOSFET 的總柵極電荷(SPP20N60C3 功率 MOSFET 數(shù)據(jù)表中的 QG 參數(shù) = 87nC 典型值)。如果寄生引線電感限制了 dI/dt,則可能會發(fā)生這樣的情況:在提供開關(guān)功率 MOSFET 的 QG 所需的時間內(nèi)無法完全實現(xiàn)柵極驅(qū)動器的完整峰值電流能力。換言之,上述公式中的 time 參數(shù)將占主導地位,并且電流脈沖的 IPEAK 值遠低于器件真正的峰值電流能力,同時仍能提供所需的 QG。因此,可能無法實現(xiàn)所需的開關(guān)速度,即使理論計算表明柵極驅(qū)動器能夠?qū)崿F(xiàn)此目標開關(guān)速度。因此,將柵極驅(qū)動器器件放置在非??拷β?MOSFET 的位置并設(shè)計具有最小 PCB 跡線電感的緊湊柵極驅(qū)動環(huán)路對于實現(xiàn)柵極驅(qū)動器的完整峰值電流功能而言非常重要。