【導讀】使用功率開(kāi)關(guān)器件的工程師們肯定都有選擇驅動(dòng)芯片的經(jīng)歷。面對標稱(chēng)各種電流能力的驅動(dòng)產(chǎn)品時(shí)，往往感覺(jué)選擇非常困惑。特別是在成本壓力之下，總希望選擇一個(gè)剛好夠用的產(chǎn)品。以下內容或許能給到些啟發(fā)。
首先來(lái)看一下這個(gè)驅動(dòng)峰值電流的定義方式。這個(gè)很重要，不同公司的產(chǎn)品往往宣傳說(shuō)法不一樣，所以要參考規格書(shū)。以下圖1是英飛凌的1EDI系列產(chǎn)品的電流表。比如1EDI60I12AH，我們常說(shuō)它是6A的驅動(dòng)。事實(shí)上，這個(gè)6A是它的最小值而它的典型值是10A。又比如圖2中的英飛凌新產(chǎn)品1ED3122MU12H，我們稱(chēng)它為10A的驅動(dòng)，而這個(gè)卻是典型值，但后面的測試條件欄里卻寫(xiě)著(zhù)VCC2-OUT=15V，這將是最大值里的典型值。繞口了有沒(méi)有？那是不是說(shuō)明兩者的驅動(dòng)帶載能力一樣的呢？如果不一樣又有什么差異？
圖1
圖2
我們可以借助示波器來(lái)一窺究竟，使用宣傳為6A的英飛凌1EDI60I12AF芯片，測試連接如圖3。輸出電流的測量可以在電容前串一個(gè)小電阻，因為這個(gè)電阻只是用來(lái)方便測量電流使用，所以越小越好。如果是測試開(kāi)通的輸出能力的話(huà)就測量驅動(dòng)芯片VCC和OUT之間的電壓。如果是測試關(guān)斷電流能力的話(huà)就測量驅動(dòng)芯片OUT和VEE之間的電壓。然后使用示波器XY輸入模式，把測得的電壓用X軸展示，電流用Y軸展示，可以得到如圖4的曲線(xiàn)。這個(gè)是驅動(dòng)芯片本身的電流能力。
圖3
圖4
但是實(shí)際中，無(wú)論是處于EMI的考量還是為了保護續流二極管，必然會(huì )使用門(mén)極電阻，而且為了功率門(mén)極不處于欠阻尼狀態(tài)，Rg≥√(L?C)。為了分析方便，我們先不考慮門(mén)極回路里的電感且把驅動(dòng)內部的MOS當作一個(gè)可變電阻處理，那么如圖5，可以求出ig=(VCC-VDS-Vge)/Rg，用圖4的坐標形式的話(huà)，將會(huì )是一系列平行的斜線(xiàn)，如圖6。斜率和電阻值相關(guān)，比如圖中的電阻是1.5Ω。門(mén)極電壓每充1V，斜線(xiàn)就沿橫坐標往左平移1V。把圖4和圖6結合在一起得到了圖7，交點(diǎn)就是實(shí)際輸出的峰值電流，由于實(shí)際電路中肯定還有寄生電感，會(huì )限制到達峰值電流的速度，導致真實(shí)電流值更小。對于一般的中小功率而言，1.5Ω的門(mén)極電阻算小的了，理想無(wú)感的交點(diǎn)在6A。如果門(mén)極電阻再大些，交點(diǎn)電流將更低。這樣輸出電流的能力被電阻限制住了。所以英飛凌宣稱(chēng)的6A并不是15V時(shí)對應的電流值，而是考慮在功率器件標稱(chēng)電流對應的米勒平臺時(shí)的電流能力。如果直接從橫坐標15V的地方找對應的電流甚至大于10A了。
圖5
圖6
圖7
下面我們再來(lái)看看新款的X3產(chǎn)品情況怎么樣。英飛凌X3系列的產(chǎn)品的輸出部分直接采用新一代的單獨的PMOS作為開(kāi)通輸出級，如圖8所示。而不是像以前的產(chǎn)品那樣使用PMOS與NMOS結合的方式（如圖5）。選擇1ED3122MU12H產(chǎn)品繪制如圖9的電流能力曲線(xiàn)（根據設計參數所得而非實(shí)際測量）。按照IGBT標稱(chēng)電流時(shí)的米勒電壓一般為9~10V來(lái)看，找到橫坐標5、6V的時(shí)候電流能力達到了6A以上。和之前1EDI60I12AF相當，如果用最大電流值標稱(chēng)的話(huà)就是10A了。由此可以看出和以前PMOS/NMOS結合的產(chǎn)品峰值電流差不多。但是由于PMOS的輸出不受限于Vgs，不會(huì )像圖7的source電流那樣有2V左右的閾值，而是和sink電流一樣可以直接到零！這樣實(shí)際測的話(huà)曲線(xiàn)會(huì )和圖7的sink電流類(lèi)似，我們暫時(shí)用它假代PMOS的輸出曲線(xiàn)?？梢钥吹郊词乖诿桌针娖綍r(shí)兩者的輸出限值一樣都是6A，但是一旦有外加的門(mén)極電阻后，PMOS的輸出能力更加出色，如圖7紅色圈所示。
圖8
圖9
由此可見(jiàn)，單純地給出一個(gè)驅動(dòng)電流值是無(wú)法直接判斷帶載能力的。我們需要更多的信息，比如芯片內部末級輸出形式、定義值的點(diǎn)在哪？更為重要的是，功率器件的門(mén)極電阻影響極大。如果外部電阻很大的話(huà)，會(huì )分掉更多的壓降，體現在圖7的電阻斜率更小，使得工作點(diǎn)左移，更近原點(diǎn)。如果這時(shí)候還看15V的電流能力就變得毫無(wú)意義了。而使用獨立的、電流更大的PMOS，可以解決NMOS作為共漏極輸出所需要的門(mén)檻電壓?jiǎn)?wèn)題，輸出特性線(xiàn)整體左移，疊加外電阻影響后，實(shí)際可以獲得更高的電流。
最后，給個(gè)工程計算的方法。如果選定了最小門(mén)極電阻（臨界阻尼或者直接用IGBT規格書(shū)的測試電阻），那么門(mén)極的電壓差除以該電阻得到的電流，用這個(gè)值去選驅動(dòng)芯片15V時(shí)對應的電流大于它的產(chǎn)品就可以了。如果門(mén)極走線(xiàn)不理想，所用電阻偏大，那自然就不需要大電流更貴的驅動(dòng)了。反過(guò)來(lái)，如果門(mén)極電阻極小，比如IGBT7的模塊甚至用到0.5歐姆以下，那么外加booster是解決方案。另外，超額電流地使用驅動(dòng)雖然不能使開(kāi)關(guān)損耗變小，但是可以使驅動(dòng)芯片的功耗降低，減小發(fā)熱。
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