正確理解驅(qū)動電流與驅(qū)動速度

本文主要闡述了在驅(qū)動芯片中表征驅(qū)動能力的關(guān)鍵參數(shù)：驅(qū)動電流和驅(qū)動時間的關(guān)系，并通過實驗解釋了如何正確理解這些參數(shù)在實際應(yīng)用中的表現(xiàn)。

概述

驅(qū)動芯片

功率器件如MOSFET、IGBT需要驅(qū)動電路的配合從而得以正常地工作。圖1顯示了一個驅(qū)動芯片驅(qū)動一個功率MOSFET的電路。當(dāng)M1開通，M2關(guān)掉的時候，電源VCC通過M1和Rg給Cgs，Cgd充電，從而使MOSFET開通，其充電簡化電路見圖2。當(dāng)M1關(guān)斷，M2開通的時候，Cgs通過Rg和M2放電，從而使MOSFET關(guān)斷，其放電簡化電路見圖3。

圖1.功率器件驅(qū)動電路

圖2.開通時的簡化電路及充電電流

圖3.關(guān)斷時的簡化電路及放電電流

驅(qū)動電路的驅(qū)動能力影響功率器件的開關(guān)速度，進(jìn)而影響整個系統(tǒng)的效率、電磁干擾等性能。驅(qū)動能力太強會導(dǎo)致器件應(yīng)力過高、電磁干擾嚴(yán)重等問題; 而驅(qū)動能力太弱會導(dǎo)致系統(tǒng)效率降低。因此，選擇一個適當(dāng)驅(qū)動能力的芯片來驅(qū)動功率器件就顯得至關(guān)重要。

衡量驅(qū)動能力

的主要指標(biāo)

驅(qū)動電流

和驅(qū)動速度

衡量一個驅(qū)動芯片驅(qū)動能力的指標(biāo)主要有兩項：驅(qū)動電流和驅(qū)動的上升、下降時間。這兩項參數(shù)在一般驅(qū)動芯片規(guī)格書中都有標(biāo)注。而在實際應(yīng)用中，工程師往往只關(guān)注驅(qū)動電流而忽視上升、下降時間這一參數(shù)。事實上，驅(qū)動的上升、下降時間這個指標(biāo)也同樣重要，有時甚至比驅(qū)動電流這個指標(biāo)還重要。因為驅(qū)動的上升、下降時間直接影響了功率器件的開通、關(guān)斷速度。

圖4.MOSFET開通時驅(qū)動電壓和驅(qū)動電流

圖4顯示了一個MOSFET開通時門極驅(qū)動電壓和驅(qū)動電流的簡化時序圖。t1到t2這段時間是門極驅(qū)動的源電流（IO+）從零開始到峰值電流的建立時間。在t3時刻，門極電壓達(dá)到米勒平臺，源電流開始給MOSFET的米勒電容充電。在t4時刻，米勒電容充電完成，源電流繼續(xù)給MOSFET的輸入電容充電，門極電壓上升直到達(dá)到門極驅(qū)動的電源電壓VCC。同時在t4到t5這個期間，源電流也從峰值電流降到零。

這里有一個很重要的階段：t1到t2的源電流的建立時間。不同的驅(qū)動芯片有不同的電流建立時間，這一建立時間會影響驅(qū)動的速度。

測試對比

以下通過實測兩款芯片SLM2184S和IR2184S的性能來說明驅(qū)動電流建立時間對驅(qū)動速度的影響。

表格1對比了SLM2184S和IR2184S的各項測試。雖然SLM2184S的峰值源電流[IO+]和峰值灌電流[IO-]比IR2184S的測試值偏小，但是SLM2184S的電流建立時間遠(yuǎn)比IR2184S的建立時間更短。

表格1：SLM2184S 和IR2184S驅(qū)動電流和驅(qū)動時間對比

因此，在負(fù)載電容（比如MOSFET的輸入電容）較小的時候，SLM2184S的驅(qū)動速度并不比IR2184S的驅(qū)動速度慢。如在1nF的負(fù)載電容下，兩者的驅(qū)動速度基本一致。只有當(dāng)負(fù)載電容較大的時候，如在3.3nF的情況下，SLM2184S的驅(qū)動速度才會比IR2184S慢。

實測

SLM2184S vs IR2184S

驅(qū)動測試對比

圖5~圖16: 實測SLM2184S的驅(qū)動電流和驅(qū)動時間的波形。

圖17~圖28: 實測IR2184S的驅(qū)動電流和驅(qū)動時間的波形。

SLM2184S驅(qū)動測試

CH1:驅(qū)動輸入; CH2:驅(qū)動輸出; CH4:驅(qū)動源電流

圖5：SLM2184S的驅(qū)動源電流

負(fù)載電容100nF

CH1:驅(qū)動輸入; CH2:驅(qū)動輸出; CH4:驅(qū)動源電流

圖6：SLM2184S的驅(qū)動源電流上升速度

負(fù)載電容100nF

CH1:驅(qū)動輸入; CH2:驅(qū)動輸出; CH4:驅(qū)動灌電流

圖7：SLM2184S的驅(qū)動灌電流

負(fù)載電容100nF

CH1:驅(qū)動輸入; CH2:驅(qū)動輸出; CH4:驅(qū)動灌電流

圖8：SLM2184S的驅(qū)動灌電流上升速度

負(fù)載電容100nF

CH1:驅(qū)動輸入; CH2:驅(qū)動輸出; CH4:驅(qū)動源電流

圖9：SLM2184S的驅(qū)動上升速度

負(fù)載電容1nF

CH2:驅(qū)動輸出

圖10：SLM2184S的驅(qū)動上升速度

負(fù)載電容1nF

CH1:驅(qū)動輸入; CH2:驅(qū)動輸出; CH4:驅(qū)動灌電流

圖11：SLM2184S的驅(qū)動下降速度

負(fù)載電容1nF

CH2:驅(qū)動輸出

圖12：SLM2184S的驅(qū)動下降速度

負(fù)載電容1nF

CH2:驅(qū)動輸出

圖13：SLM2184S的驅(qū)動上升速度

負(fù)載電容2.2nF

CH2:驅(qū)動輸出

圖14：SLM2184S的驅(qū)動上升速度

負(fù)載電容3.3nF

CH2:驅(qū)動輸出

圖15：SLM2184S的驅(qū)動下降速度

負(fù)載電容2.2nF

CH2:驅(qū)動輸出

圖16：SLM2184S的驅(qū)動下降速度

負(fù)載電容3.3nF

IR2184S驅(qū)動測試

CH1:驅(qū)動輸入; CH2:驅(qū)動輸出; CH4:驅(qū)動源電流

圖17：IR2184S的驅(qū)動源電流

負(fù)載電容100nF

CH1:驅(qū)動輸人; CH2:驅(qū)動輸出; CH4:驅(qū)動源電流

圖18：IR2184S的驅(qū)動源電流上升速度

負(fù)載電容100nF

CH1:驅(qū)動輸入; CH2:驅(qū)動輸出; CH4:驅(qū)動灌電流

圖19：IR2184S的驅(qū)動灌電流

負(fù)載電容100nF

CH1:驅(qū)動輸入; CH2:驅(qū)動輸出; CH4:驅(qū)動灌電流

圖20：IR2184S的驅(qū)動灌電流上升速度

負(fù)載電容100nF

CH1:驅(qū)動輸入; CH2:驅(qū)動輸出; CH4:驅(qū)動源電流

圖21：IR2184S的驅(qū)動上升速度

負(fù)載電容1nF

CH2:驅(qū)動輸出

圖22：IR2184S的驅(qū)動上升速度

負(fù)載電容1nF

CH1:驅(qū)動輸入; CH2:驅(qū)動輸出; CH4:驅(qū)動灌電流

圖23：IR2184S的驅(qū)動下降速度

負(fù)載電容1nF

CH2:驅(qū)動輸出

圖24：IR2184S的驅(qū)動下降速度

負(fù)載電容1nF

CH2:驅(qū)動輸出

圖25：IR2184S的驅(qū)動上升速度

負(fù)載電容2.2nF

CH2:驅(qū)動輸出

圖26：IR2184S的驅(qū)動上升速度

負(fù)載電容3.3nF

CH2:驅(qū)動輸出

圖27：IR2184S的驅(qū)動下降速度

負(fù)載電容2.2nF

CH2:驅(qū)動輸出

圖28：IR2184S的驅(qū)動下降速度

負(fù)載電容3.3nF

測試總結(jié)

從以上實驗測試可以看到，驅(qū)動芯片的驅(qū)動速度不僅取決于驅(qū)動電流的大小，還受到諸如驅(qū)動電流建立時間、MOSFET的輸入電容等因素的影響。有些驅(qū)動芯片的驅(qū)動電流雖然比較大，但由于它的電流上升和下降速度很慢，并沒有很好地發(fā)揮大驅(qū)動電流的作用，甚至在大部分應(yīng)用場合下驅(qū)動速度（tr和tf）不如驅(qū)動電流小的驅(qū)動芯片。因此，在選擇驅(qū)動芯片的時候，不僅要關(guān)注驅(qū)動電流的大小，也要關(guān)注在一定負(fù)載電容下的上升、下降時間。當(dāng)然最為妥當(dāng)?shù)霓k法是根據(jù)實際選擇的功率管測量驅(qū)動端的波形，從而判斷是否選擇了合適的驅(qū)動芯片。

關(guān)于數(shù)明半導(dǎo)體

上海數(shù)明半導(dǎo)體有限公司成立于2013年，聚焦于高性能模擬芯片設(shè)計以及系統(tǒng)的整體解決方案，產(chǎn)品包括驅(qū)動芯片、隔離器、電源管理以及智能光伏方案等，產(chǎn)品可廣泛應(yīng)用在工業(yè)控制、電源、光模塊、新能源以及汽車等領(lǐng)域。公司總部位于上海松江G60科創(chuàng)走廊-科技綠洲，在深圳南山、浦東張江等地建立了分支機構(gòu)。

數(shù)明半導(dǎo)體的核心研發(fā)和管理團隊由一批來自業(yè)界知名半導(dǎo)體設(shè)計公司的資深專家們組成。公司擁有獨立自主知識產(chǎn)權(quán)和豐富的IP積累，已獲得多項專利授權(quán)并于2020年獲評為“高新技術(shù)企業(yè)”。

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審核編輯 ：李倩