3 窄輸入脈沖寬度對(duì)柵極驅(qū)動(dòng)器有何威脅

柵極驅(qū)動(dòng)器在切換 MOSFET 的柵極時(shí)拉出和灌入電流。器件內(nèi)部有一個(gè)上拉和下拉結(jié)構(gòu)，可緩沖輸入信號(hào)并提供足夠的電流來(lái)對(duì)柵極電容進(jìn)行充放電。圖 3-1 顯示了一個(gè)輸出結(jié)構(gòu)示例，其中 PMOS 和 NMOS 器件的并聯(lián)組合可啟用柵極驅(qū)動(dòng)器的輸出。

在窄導(dǎo)通脈沖情況下，當(dāng)驅(qū)動(dòng)器收到關(guān)斷命令時(shí)，MOSFET 導(dǎo)通過(guò)程尚未完成，內(nèi)部圖騰柱上拉級(jí)仍持續(xù)傳導(dǎo)非常高的電流 (I_G >> 0)。

在實(shí)際柵極驅(qū)動(dòng)電路中，由于寄生 PCB 布線電感，與 VDD 串聯(lián)的電感 Lpcb（如圖 3-2 所示）可能會(huì)很大。與鍵合線的內(nèi)部驅(qū)動(dòng)器寄生電感結(jié)合使用時(shí)，VDD 處的總電感通常會(huì)超過(guò) 10nH。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電流突然被切斷時(shí)，較大的寄生電感會(huì)導(dǎo)致顯著的電壓尖峰 (Vspike= L di/dt)，從而導(dǎo)致電壓超過(guò)建議運(yùn)行條件，在某些情況下甚至超過(guò)絕對(duì)最大額定值。

如前一節(jié)所述，對(duì)于典型的圖騰柱 PFC 電路，柵極驅(qū)動(dòng)器可以在每次交流過(guò)零時(shí)經(jīng)歷較短的輸入脈寬。在終端設(shè)備的使用壽命中，窄脈沖事件可發(fā)生數(shù)億次。因此，窄輸入脈沖可能成為工程的隱藏風(fēng)險(xiǎn)。在工程開(kāi)發(fā)階段，超過(guò)最大 VDD 或 VOUT 電壓可能不會(huì)導(dǎo)致突然故障，但屢次超出器件 SOA 運(yùn)行可能會(huì)導(dǎo)致柵極驅(qū)動(dòng)器的過(guò)早老化或過(guò)早損壞。

同樣，窄關(guān)斷輸入脈沖（接近 100% 占空比）也可能導(dǎo)致 OUT 和 VDD 過(guò)載。在窄關(guān)斷脈沖情況下，當(dāng)驅(qū)動(dòng)器收到導(dǎo)通命令時(shí)，MOSFET 關(guān)斷過(guò)程尚未完成，內(nèi)部圖騰柱下拉級(jí)仍持續(xù)傳導(dǎo)非常高的電流 (I_G >> 0)。大寄生電感和突然的電流變化會(huì)導(dǎo)致輸出引腳上出現(xiàn)顯著的電壓尖峰。當(dāng) OUT 電壓高于 VDD 電壓時(shí)，它也會(huì)進(jìn)一步對(duì) VDD 引腳施加應(yīng)力。