關(guān)于電源PWM及控制芯片的驅(qū)動能力-KIA MOS管

MOSFET應(yīng)用于不同的開關(guān)電源以及電力電子系統(tǒng)，除了部分的應(yīng)用使用專門的驅(qū)動芯片、光耦驅(qū)動器或變壓器驅(qū)動器，大量的應(yīng)用通常使用PWM IC或其它控制芯片直接驅(qū)動?？刂菩酒尿?qū)動能力直接影響功率MOSFET的開關(guān)特性，開關(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)動功率MOSFET的Totem圖騰柱驅(qū)動器，最簡單的圖騰柱驅(qū)動器如圖1所示，由一個NPN三極管和一個PNP三極管對管組成，有時候也會用一個N溝道MOSFET的一個P溝道MOSFET對管組成，工作原理相同。

(a) 圖騰柱驅(qū)動器

(b) 圖騰柱的等效電路

圖1： 圖騰柱驅(qū)動器及等效電路

圖1(a)的圖騰柱驅(qū)動器，當(dāng)輸入信號為高電平時上管導(dǎo)通，其輸出為高電平，上管通過電源提供輸出電流，通常稱為Source電流（源電流），由于上管導(dǎo)通時有導(dǎo)通壓降，在一定的電流下對應(yīng)著一定的電阻，因此這個電阻通常稱為上拉電阻Rup。

當(dāng)圖騰柱驅(qū)動器的輸入信號為低電平時下管導(dǎo)通，將MOSFET的G極（柵極）拉到低電位，此時下管灌入電流，通常稱為Sink電流（灌電流），下管導(dǎo)通時有導(dǎo)通壓降，在一定的電流下對應(yīng)著一定的電阻，因此這個電阻通常稱為下拉電阻Rdown。

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

(a) UC3842圖騰柱驅(qū)動器

(b) L6561圖騰柱驅(qū)動器

圖2：控制芯片圖騰柱驅(qū)動器結(jié)構(gòu)

理解控制的驅(qū)動能力

雖然許多驅(qū)動器給出了一定的容性負(fù)載條件下的上升、下降延時時間，在實際的應(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MSOFET在開關(guān)過程中不完全是一個理想的電容，會經(jīng)過米勒平臺區(qū)域，因此，實際的延時時間將會產(chǎn)生非常大的差異，數(shù)據(jù)表中的延時值只具有相當(dāng)有限的參考意義。

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

在VGS電壓和時間成指數(shù)關(guān)系變化的時間段，控制芯片驅(qū)動器的電流并不是恒流源，那么對應(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，就不容易計算相應(yīng)的時間以及相應(yīng)的開關(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計算開關(guān)損耗，從上面的分析過程可以知道：不同的芯片、不同的公司，所用的測試條件并不相同，使用數(shù)據(jù)表中推薦的上拉、下拉電阻的典型值，并不滿足實際應(yīng)用的條件。

建議根據(jù)實際應(yīng)用過程中米勒平臺的驅(qū)動電流值，選擇或計算出相應(yīng)的上拉、下拉電阻值作為計算開關(guān)損耗的基準(zhǔn)，使用典型值。因為在開關(guān)過程中米勒平臺的時間占主導(dǎo)，使用這個基準(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、下拉電阻值時最大的開關(guān)損耗，這樣就可以知道開關(guān)損耗波動的范圍，從而保證系統(tǒng)的效率和MOSFET的溫升在設(shè)計要求的規(guī)范內(nèi)。

許多公司新一代的芯片有時候并沒有標(biāo)出上述驅(qū)動器的參數(shù)，這是因為相比于上一代，為了降低成本，必須降低器件的硅片的面積。在PWM及電源控制器中，相關(guān)的數(shù)字邏輯、基準(zhǔn)運放所占的硅片的面積為必須功能，流過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)動器由于流過較大電流，要占用較大的硅片面積，這一部分對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)動器的硅片面積，也就是降低驅(qū)動能力，這樣導(dǎo)致上拉、下拉的電阻增加，相應(yīng)的壓降也會增加。

因此對于沒有標(biāo)出內(nèi)部驅(qū)動器的驅(qū)動參數(shù)的芯片，使用時要根據(jù)外面驅(qū)動的功率MOSFET的特性校核開關(guān)過程，要特別小心，必要的時候，使用對管組成外部的圖騰驅(qū)動器，以增強驅(qū)動的能力。

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