欢迎来到天博体育官方官网司官方网站!
服务热线:0755-82705922-811 欢迎来电咨询,我们将竭诚为您服务!中文 | ENGLISH
首页 动态 常见问题
常见问题
最新产品发布: 光MOS继电器:1500v,3750Vrms,6pin; 逻辑10Mbp高隔离天博体育官方官网:7500Vmrs,10Mbps,Lsop8
隔离式栅极驱动器的应用研究
2021-11-11 来源:天博体育官方官网司
为了说明不同产品的峰值电流定义有何差异,并展示隔离式栅极驱动器中较低RDS(ON)的好处,我们选择了三款隔离式半桥驱动器,其手册中均提到了4A峰值电流。所有三个驱动器的爬电距离、电气间隙、引脚排列和焊盘图形都相似。因此,可以使用相同布局来测试所有三个器件。使用ADuM4221 评估板作为测试平台来比较ADuM4221和另外两个器件,分别称为竞争产品1和竞争产品2。评估板如图7所示。
下表总结了每种器件的数据手册声称的数值:
如果严格比较数据手册中显示的值,竞争产品2提供的栅极驱动看起来最强,因此对于给定负载,其上升和下降时间最快。为简化分析,负载使用分立陶瓷电容,故波形中不存在米勒平坦区。此外,仅使用双通道输出驱动器的一路输出。
对于第一个测试条件,每个驱动器的负载为100 nF电容和0.5Ω外部串联栅极电阻。在驱动器上执行一次导通和关断操作,以使驱动器内部的功耗保持较低。该测试非常类似于峰值短路测试。结果如下图1(导通测试)和图2 (关断测试)所示。

图1    导通测试



图2   、关断测试。

上面图1(导通测试)表明,不同驱动器的导通速度存在很大差异。令人惊讶的是,市场上峰值电流最高的驱动器的上升时间最慢。电流波形表明,所有驱动器的输出都超过了标定的电流值,但竞争产品2不能维持高电流。总上升时间是电流积分的函数。检查上图2 (关断测试)所示的下降时间,所有三个器件的表现旗鼓相当。尽管各产品的峰值电流相似,但竞争产品2的持续电流最低。总体而言,三个器件在关断测试中表现相似。从该测试可以看到,数据手册中的峰值电流数值更强的器件,其表现出的驱动强度低于其他器件。
第二个测试条件是调整所有三个驱动器,使其上升和下降时间相似,然后以恒定的开关频率操作这些器件以评估热性能。如图1(导通测试)所示,ADuM4221的上升时间最快,可以使用较大的外部串联栅极电阻以与其他驱动器的上升时间一致。结果发现,针对导通情况,与竞争产品1的0.91Ω和竞争产品2的0.97Ω外部串联栅极电阻相比,1.87Ω外部串联栅极电阻可以使ADuM4221具有相似的上升和下降时间。ADuM4221的关断电阻调整至0.97Ω。输入和输出波形如下图3所示。

图3  

将上升时间和下降时间调至相等时,电流波形的积分是可以比较的,功率器件中的开关损耗在应用中也是可以比较的。通过使用较大的外部串联栅极电阻,隔离式栅极驱动器外部可以承担更多的热负载。下图4、图5和图6显示了三个驱动器在相同环境温度下工作时的热分布图,开关频率为100 kHz,副边电压为15 V,负载电容为100 nF。

图4.ADuM4221热分布图


图5.竞争产品1的热分布图(图片名称)


图6.竞争产品2的热分布图(图片名称)

热像仪的十字线是隔离式栅极驱动器的输出区域。每个驱动器右侧的亮点是外部串联栅极电阻。图11中的外部串联栅极电阻比另外两个热分布图中的电阻更热。这是符合预期和需要的情况。所有三个测试均以相同开关频率和相同负载电容进行,因此总功耗相同。外部电阻的功耗越多,栅极驱动器IC本身的功耗就越少。
竞争产品1的IC表面温度比ADuM4221高35.3°C,这是因为较高RDS(ON)对竞争产品有热限制。类似地,竞争产品2的功耗导致其表面温度比ADuM4221高18.9°C,因而在相同工作条件下其栅极驱动器更热。这表明,在选择栅极驱动器时,较低内部电阻所产生的散热能力是重要考虑因素。在较高环境温度下工作时,这种温度升高很重要。下表列出了测试结果。

表2.热性能比较

隔离器厂家报告的拉电流和灌电流额定值差异悬殊,粗略浏览数据手册标题便形成对不同器件驱动强度的看法可能会产生误导。峰值电流定义缺乏透明度可能导致器件销售过多或不足,并极大地影响其在客户进行全面评估之前被特定应用选中的机会。为了进行公平的比较,须确保数据手册中提到的峰值电流具有可比性。当评估隔离式栅极驱动器时,应考虑热裕量和低RDS(ON)的重要性。尽管可以将两个栅极驱动器的上升和下降值调整为相同,但选择RDS(ON)较低的驱动器可以提供更大的热裕量和更灵活的开关速度。