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峰值电流在栅极驱动器数据手册中的含义
2021-11-11 来源: 深圳市腾恩科技有限公司
峰值电流的本来作用是简明地比较栅极驱动强度,但不同厂商的数值不同。图4显示了I-V曲线表示,以及栅极驱动器制造商用来给出峰值电流值的一些常见电平。特定MOSFET的I-V曲线的饱和水平在整个硅工艺和温度范围内变化很大,变化幅度常常是典型值的±2倍。
在许多数据手册中,数据手册特别提到的峰值电流是典型饱和电流,其测量方法是将输出短路至相对较大的电容,或通过脉冲让驱动器在非常短的时间短路。很少有数据手册清楚地表明输出驱动器在整个温度和工艺变化范围内的最小和最大IV曲线,但如果使用典型饱和数值作为峰值电流值,那么有些器件将无法在实际应用中提供或吸收那么多电流。有些数据手册给出最大饱和值,有些则给出最小饱和值。描述驱动器可用峰值电流的另一种方法是描述最低I-V曲线的线性区域中的最高电流或最小线性电流。明确该数值后,用户便知道所有器件在应用中都能提供或吸收比该额定值更多的电流。此值是保守值,但用户可以得知,通过适当选择外部串联栅极电阻的大小,栅极驱动器输出FET将不会因温度和工艺变化而处于饱和区域。
峰值电流的生产测试通常非常困难,因为测试环境中接触器的电流受限。隔离式栅极驱动器的峰值电流规格通过设计和/或特性来保证并不罕见。不同制造商可能会也可能不会提及峰值电流的最小值或最大值。因此,对于使用峰值电流的哪种表示方式来比较不同器件并没有达成共识。重要的是应注意,峰值电流不是恒定电流或平均电流。如果栅极驱动器输出在输出FET的线性区域中正常运行,则峰值电流仅在切换刚开始时存在。
虽然整个温度和工艺变化范围内的完整最小和最大饱和曲线几乎永远不会进入数据手册,但一些隔离式栅极驱动器制造商会提供输出驱动器的典型I-V曲线。这可以表示为短路I-V曲线,或采用外部串联栅极电阻来表示,以便更好地模拟实际应用。查看包含外部串联电阻的IV曲线时,电压轴通常在副边电压中指定,这意味着绘制的电压是内部RDS(ON)和外部串联栅极电阻上共享的DD2电压。
下图显示了数据手册中给出的 ADuM4121 典型I-V曲线。应当注意的是,ADuM4121在数据手册标题中提到了2 A的驱动能力,但其典型饱和电流超过7A。这是因为该数据手册的标题使用了峰值电流的保守定义,告诉用户该器件可以在所有温度和工艺变化下提供2 A电流。该I-V曲线也是采用2Ω外部串联栅极电阻来模拟实际应用性能。重要的是确保用户在对比不同产品时,每个产品的峰值电流定义是相同的,否则比对时可能会遗漏关键因素。
MOSFET或IGBT虽然大致表现为容性负载,但存在非线性,原因是动态栅极-漏极电容,由此产生米勒平坦区——在该区域中,电容在导通(图6)和关断过渡期间会发生变化。在该米勒平坦区间隔期间,栅极电容需要最多的充电电流。峰值电流数值未考虑此时的电流值。但是,较高的峰值电流意味着米勒平坦区中的电流通常会更大。