4 高功率連續(xù)運行

許多雙向直流/直流轉換器應用的趨勢是功率和輸出電流電平不斷提高。功率高達 3.6kW 的多相設計并不少見，這會在每個 75A 或更高的相位中產生高電流。有一些與柵極驅動器穩(wěn)態(tài)、高電流運行相關的細節(jié)，設計人員必須密切關注。

低側 MOSFET 和高側 MOSFET 開關的時序有一些死區(qū)時間，以防止 MOSFET 半橋可能發(fā)生跨導。在低側功率 MOSFET 關斷且高側功率 MOSFET 關斷的死區(qū)時間內，流經輸出電感器的電流會通過低側功率 MOSFET 的體二極管。在死區(qū)時間期間，MOSFET 體二極管上的壓降高于低側 MOSFET 導通期間的壓降，這會導致開關節(jié)點轉換到較低的負 HS 電壓電平。當?shù)蛡?FET 關斷隨后高側 MOSFET 導通時，發(fā)生這種轉換后，設計人員需要了解柵極驅動器的運行細節(jié)。請參閱圖 4-1 中所示的時序。

圖 4-1 穩(wěn)態(tài) HS 電壓和自舉二極管電流的詳細時序圖

需要關注的方面是低側驅動器關斷、死區(qū)時間和高側驅動器導通之間的轉換。當?shù)蛡闰寗悠骱偷蛡?MOSFET 處于打開狀態(tài)時，輸出電感器電流將流過 MOSFET 通道，根據(jù)電感器電流和 MOSFET R_DSON，HS 或開關節(jié)點電壓會輕微為負值。在低側 MOSFET 關斷后，電感器電流流經低側 MOSFET 體二極管，因此會根據(jù)體二極管正向壓降產生更大的負 HS 電壓。參考圖 4-1，負 HS 電壓增加會導致自舉二極管開始導通，從而將 HB 電容充電回自舉二極管的 VDD- V_F，這會導致自舉二極管正向電流。在此期間的自舉二極管峰值電流取決于體二極管正向壓降和自舉二極管動態(tài)電阻，對于 1.5V 的體二極管壓降和 1Ω 的自舉二極管電阻，可產生 1.5A 的自舉二極管正向電流。在死區(qū)時間內，驅動器的 HO 輸出轉換為高電平以啟動高側 MOSFET 的導通，從而使 HB-HS 電容器放電以對高側 MOSFET Q_G 充電。這會在自舉電容器上產生一些壓降，還會在自舉二極管中產生一些正向電流，以恢復自舉電容器上的電荷。這兩個事件會使自舉二極管在接近高側 MOSFET 導通時間開始傳導電流，從而導致開關節(jié)點轉換為高電平。如果在開關節(jié)點轉換為高電平時自舉二極管中的正向電流沒有充分降低到低電平，則在強制關閉時，自舉二極管中會產生高反向恢復電流，可能會導致內部自舉二極管發(fā)生應力或損壞。

圖 5-1 顯示了 100V 低 R_DSON MOSFET 的體二極管正向電流與正向壓降間的關系，以說明死區(qū)時間內負 HS 電壓的變化。紅色標記表示 40A 時的最大電壓，即低溫條件下的電壓。需要記住的一點是，HS 負電壓偏移是通道導通和體二極管導通之間的差異。從圖 5-1 中的圖形可以看出，體二極管的壓降在低溫下增加，這也是由于 MOSFET R_DSON 的負溫度系數(shù)而導致 R_DSON 壓降降低的情況。