關(guān)于電源PWM及控制芯片的驅(qū)動(dòng)能力-KIA MOS管

MOSFET應(yīng)用于不同的開(kāi)關(guān)電源以及電力電子系統(tǒng)，除了部分的應(yīng)用使用專(zhuān)門(mén)的驅(qū)動(dòng)芯片、光耦驅(qū)動(dòng)器或變壓器驅(qū)動(dòng)器，大量的應(yīng)用通常使用PWM IC或其它控制芯片直接驅(qū)動(dòng)。控制芯片的驅(qū)動(dòng)能力直接影響功率MOSFET的開(kāi)關(guān)特性，開(kāi)關(guān)損耗以及工作的可靠性。

1、控制芯片內(nèi)部Totem圖騰柱驅(qū)動(dòng)器

在PWM控制芯片及其它電源控制器的內(nèi)部，集成了用于驅(qū)動(dòng)功率MOSFET的Totem圖騰柱驅(qū)動(dòng)器，最簡(jiǎn)單的圖騰柱驅(qū)動(dòng)器如圖1所示，由一個(gè)NPN三極管和一個(gè)PNP三極管對(duì)管組成，有時(shí)候也會(huì)用一個(gè)N溝道MOSFET的一個(gè)P溝道MOSFET對(duì)管組成，工作原理相同。

(a) 圖騰柱驅(qū)動(dòng)器

(b) 圖騰柱的等效電路

圖1： 圖騰柱驅(qū)動(dòng)器及等效電路

圖1(a)的圖騰柱驅(qū)動(dòng)器，當(dāng)輸入信號(hào)為高電平時(shí)上管導(dǎo)通，其輸出為高電平，上管通過(guò)電源提供輸出電流，通常稱(chēng)為Source電流（源電流），由于上管導(dǎo)通時(shí)有導(dǎo)通壓降，在一定的電流下對(duì)應(yīng)著一定的電阻，因此這個(gè)電阻通常稱(chēng)為上拉電阻Rup。

當(dāng)圖騰柱驅(qū)動(dòng)器的輸入信號(hào)為低電平時(shí)下管導(dǎo)通，將MOSFET的G極（柵極）拉到低電位，此時(shí)下管灌入電流，通常稱(chēng)為Sink電流（灌電流），下管導(dǎo)通時(shí)有導(dǎo)通壓降，在一定的電流下對(duì)應(yīng)著一定的電阻，因此這個(gè)電阻通常稱(chēng)為下拉電阻Rdown。

等效的簡(jiǎn)化電路如圖1(b)所示，包括一個(gè)上拉電阻Rup和一個(gè)下拉電阻Rdown。在實(shí)際的應(yīng)用中，不同的控制芯片內(nèi)部圖騰柱驅(qū)動(dòng)器可能采用不同的形式，如圖2所示。UC3842采用二個(gè)NPN三極管組成，L6561采用一個(gè)NPN三極管和一個(gè)N溝道的MOSFET組成。

(a) UC3842圖騰柱驅(qū)動(dòng)器

(b) L6561圖騰柱驅(qū)動(dòng)器

圖2：控制芯片圖騰柱驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)

理解控制的驅(qū)動(dòng)能力

雖然許多驅(qū)動(dòng)器給出了一定的容性負(fù)載條件下的上升、下降延時(shí)時(shí)間，在實(shí)際的應(yīng)用中，MOSFET具有內(nèi)部的柵極電阻或外部串聯(lián)柵極電阻，同時(shí)MSOFET在開(kāi)關(guān)過(guò)程中不完全是一個(gè)理想的電容，會(huì)經(jīng)過(guò)米勒平臺(tái)區(qū)域，因此，實(shí)際的延時(shí)時(shí)間將會(huì)產(chǎn)生非常大的差異，數(shù)據(jù)表中的延時(shí)值只具有相當(dāng)有限的參考意義。

功率MOSFET在開(kāi)關(guān)過(guò)程中，在米勒平臺(tái)線性區(qū)，由于VGS保持不變，相當(dāng)于使用恒流源進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，其它的時(shí)間段，使用恒壓源進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。VGS電壓變化時(shí)，和時(shí)間成指數(shù)關(guān)系改變。

在VGS電壓和時(shí)間成指數(shù)關(guān)系變化的時(shí)間段，控制芯片驅(qū)動(dòng)器的電流并不是恒流源，那么對(duì)應(yīng)的上拉、下拉電阻也隨著電流的變化而變化，上拉、下拉電阻不固定，就不容易計(jì)算相應(yīng)的時(shí)間以及相應(yīng)的開(kāi)關(guān)損耗。

很多文獻(xiàn)使用數(shù)據(jù)表中推薦的上拉、下拉電阻的典型值來(lái)計(jì)算開(kāi)關(guān)損耗，從上面的分析過(guò)程可以知道：不同的芯片、不同的公司，所用的測(cè)試條件并不相同，使用數(shù)據(jù)表中推薦的上拉、下拉電阻的典型值，并不滿(mǎn)足實(shí)際應(yīng)用的條件。

建議根據(jù)實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中米勒平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)電流值，選擇或計(jì)算出相應(yīng)的上拉、下拉電阻值作為計(jì)算開(kāi)關(guān)損耗的基準(zhǔn)，使用典型值。因?yàn)樵陂_(kāi)關(guān)過(guò)程中米勒平臺(tái)的時(shí)間占主導(dǎo)，使用這個(gè)基準(zhǔn)所產(chǎn)生的誤差并不大。

然后再用比例系數(shù)校核在最大的上拉、下拉電阻值時(shí)最大的開(kāi)關(guān)損耗，這樣就可以知道開(kāi)關(guān)損耗波動(dòng)的范圍，從而保證系統(tǒng)的效率和MOSFET的溫升在設(shè)計(jì)要求的規(guī)范內(nèi)。

許多公司新一代的芯片有時(shí)候并沒(méi)有標(biāo)出上述驅(qū)動(dòng)器的參數(shù)，這是因?yàn)橄啾扔谏弦淮瑸榱私档统杀荆仨毥档推骷墓杵拿娣e。在PWM及電源控制器中，相關(guān)的數(shù)字邏輯、基準(zhǔn)運(yùn)放所占的硅片的面積為必須功能，流過(guò)它們的電流也比較小，因此減小硅片面積的空間不大。

內(nèi)部的圖騰驅(qū)動(dòng)器由于流過(guò)較大電流，要占用較大的硅片面積，這一部分對(duì)芯片的功能影響不明顯，因此降低成本最直接的方法就是減小內(nèi)部圖騰驅(qū)動(dòng)器的硅片面積，也就是降低驅(qū)動(dòng)能力，這樣導(dǎo)致上拉、下拉的電阻增加，相應(yīng)的壓降也會(huì)增加。

因此對(duì)于沒(méi)有標(biāo)出內(nèi)部驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)參數(shù)的芯片，使用時(shí)要根據(jù)外面驅(qū)動(dòng)的功率MOSFET的特性校核開(kāi)關(guān)過(guò)程，要特別小心，必要的時(shí)候，使用對(duì)管組成外部的圖騰驅(qū)動(dòng)器，以增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)的能力。

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