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正確理解驅動電流與驅動速度

發布時間：2022-05-07 來源：芯師爺責任編輯：wenwei

【導讀】本文主要闡述了在驅動芯片中表征驅動能力的關鍵參數：驅動電流和驅動時間的關係，並通過實驗解釋了如何正確理解這些參數在實際應用中的表現。

概述

驅動芯片

功率器件如MOSFET、IGBT需要驅動電路的配合從而得以正常地工作。圖1顯示了一個驅動芯片驅動一個功率MOSFET的電路。當M1開通，M2關掉的時候，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M1關斷，M2開通的時候，Cgs通過Rg和M2放電，從而使MOSFET關斷，其放電簡化電路見圖3。

圖 1. 功率器件驅動電路

圖 2. 開通時的簡化電路及充電電流

圖 3. 關斷時的簡化電路及放電電流

驅動電路的驅動能力影響功率器件的開關速度，進而影響整個係統的效率、電磁幹擾等性能。驅動能力太強會導致器件應力過高、電磁幹擾嚴重等問題; 而驅動能力太弱會導致係統效率降低。因此，選擇一個適當驅動能力的芯片來驅動功率器件就顯得至關重要。

衡量驅動能力的主要指標

驅動電流和驅動速度

衡量一個驅動芯片驅動能力的指標主要有兩項：驅動電流和驅動的上升、下降時間。這兩項參數在一般驅動芯片規格書中都有標注。而在實際應用中，工程師往往隻關注驅動電流而忽視上升、下降時間這一參數。事實上，驅動的上升、下降時間這個指標也同樣重要，有時甚至比驅動電流這個指標還重要。因為驅動的上升、下降時間直接影響了功率器件的開通、關斷速度。

圖 4. MOSFET開通時驅動電壓和驅動電流

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

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

測試對比

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

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的電流建立時間遠比IR2184S的建立時間更短。

表格1：SLM2184S 和IR2184S驅動電流和驅動時間對比

因此，在負載電容（比如MOSFET的輸入電容）較小的時候，SLM2184S的驅動速度並不比IR2184S的驅動速度慢。如在1nF的負載電容下，兩者的驅動速度基本一致。隻有當負載電容較大的時候，如在3.3nF的情況下，SLM2184S的驅動速度才會比IR2184S慢。

實測

SLM2184S vs IR2184S 驅動測試對比

✔ 圖5~圖16: 實測SLM2184S的驅動電流和驅動時間的波形。

✔ 圖17~圖28: 實測IR2184S的驅動電流和驅動時間的波形。

SLM2184S驅動測試

CH1: 驅動輸入; CH2: 驅動輸出; CH4: 驅動源電流

圖5：SLM2184S的驅動源電流

負載電容100nF

CH1: 驅動輸入; CH2: 驅動輸出; CH4: 驅動源電流

圖6：SLM2184S的驅動源電流上升速度

負載電容100nF

CH1: 驅動輸入; CH2: 驅動輸出; CH4: 驅動灌電流

圖7：SLM2184S的驅動灌電流

負載電容100nF

CH1: 驅動輸入; CH2: 驅動輸出; CH4: 驅動灌電流

圖8：SLM2184S的驅動灌電流上升速度

負載電容100nF

CH1: 驅動輸入; CH2: 驅動輸出; CH4: 驅動源電流

圖9：SLM2184S的驅動上升速度

負載電容1nF

CH2: 驅動輸出

圖10：SLM2184S的驅動上升速度

負載電容1nF

CH1: 驅動輸入; CH2: 驅動輸出; CH4: 驅動灌電流

圖11：SLM2184S的驅動下降速度

負載電容1nF

CH2: 驅動輸出

圖12：SLM2184S的驅動下降速度

負載電容1nF

CH2: 驅動輸出

圖13：SLM2184S的驅動上升速度

負載電容2.2nF

CH2: 驅動輸出

圖14：SLM2184S的驅動上升速度

負載電容3.3nF

CH2: 驅動輸出

圖15：SLM2184S的驅動下降速度

負載電容2.2nF

CH2: 驅動輸出

圖16：SLM2184S的驅動下降速度

負載電容3.3nF

IR2184S驅動測試

CH1: 驅動輸入; CH2: 驅動輸出; CH4: 驅動源電流

圖17：IR2184S的驅動源電流

負載電容100nF

CH1: 驅動輸人; CH2: 驅動輸出; CH4: 驅動源電流

圖18：IR2184S的驅動源電流上升速度

負載電容100nF

CH1: 驅動輸入; CH2: 驅動輸出; CH4: 驅動灌電流

圖19：IR2184S的驅動灌電流

負載電容100nF

CH1: 驅動輸入; CH2: 驅動輸出; CH4: 驅動灌電流

圖20：IR2184S的驅動灌電流上升速度

負載電容100nF

CH1: 驅動輸入; CH2: 驅動輸出; CH4: 驅動源電流

圖21：IR2184S的驅動上升速度

負載電容1nF

CH2: 驅動輸出

圖22：IR2184S的驅動上升速度

負載電容1nF

CH1: 驅動輸入; CH2: 驅動輸出; CH4: 驅動灌電流

圖23：IR2184S的驅動下降速度

負載電容1nF

CH2: 驅動輸出

圖24：IR2184S的驅動下降速度

負載電容1nF

CH2: 驅動輸出

圖25：IR2184S的驅動上升速度

負載電容2.2nF

CH2: 驅動輸出

圖26：IR2184S的驅動上升速度

負載電容3.3nF

CH2: 驅動輸出

圖27：IR2184S的驅動下降速度

負載電容2.2nF

CH2: 驅動輸出

圖28：IR2184S的驅動下降速度

負載電容3.3nF

測試總結

從以上實驗測試可以看到，驅動芯片的驅動速度不僅取決於驅動電流的大小，還受到諸如驅動電流建立時間、MOSFETdeshurudianrongdengyinsudeyingxiang。youxiequdongxinpiandequdongdianliusuiranbijiaoda，danyouyutadedianliushangshenghexiajiangsuduhenman，bingmeiyouhenhaodifahuidaqudongdianliudezuoyong，shenzhizaidabufenyingyongchanghexiaqudongsudu（tr和tf）不如驅動電流小的驅動芯片。因此，在選擇驅動芯片的時候，不僅要關注驅動電流的大小，也要關注在一定負載電容下的上升、下降時間。當然最為妥當的辦法是根據實際選擇的功率管測量驅動端的波形，從而判斷是否選擇了合適的驅動芯片。

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