如何实现更高的系统效率——第二部分：高速栅极驱动器

在此系列的第一部分中，讨论过高电流栅极驱动器如何帮助系统实现更高的效率。高速栅极驱动器也可以实现相同的效果。

高速栅极驱动器可以通过降低FET的体二极管功耗来提高效率。体二极管是寄生二极管，大多数类型的FET固有。它由p-n结点形成并且位于漏极和源极之间。图1所示为典型MOSFET电路符号中表示的体二极管。

图1：MOSFET符号包括固有的体二极管

限制体二极管的导通时间将进而降低其两端所消耗的功率。这是因为当MOSFET处于导通状态时，体二极管上的压降通常高于MOSFET两端的电压。对于相同的电流水平，P = I×V（其中P是功耗，I是电流，V是电压降），通过MOSFET通道的传导损耗显著低于通过体二极管的传导损耗。

这些概念在电力电子电路的同步整流中发挥作用。同步整流通过用诸如功率MOSFET的有源控制器件代替二极管来提高电路的效率。减少体二极管导通可以使这种技术的优点最大化。

下面考虑同步降压转换器的情况。当高侧FET关断并且电感器中仍然存在电流时，低侧FET的体二极管变为正向偏置。死区时间短对避免直通很有必要。在此之后，低侧FET导通并开始通过其通道导通。相同的原理适用于通常在DC / DC电源和电动机驱动设计中发现的其它同步半桥配置。

对于高速接通，栅极驱动器的一个重要参数是导通传播延迟。这是在栅极驱动器的输入端施加信号到输出开始变高时的时间。这种情况如图2所示。当FET重新导通时，体二极管将关断。快速的导通传播延迟可以更快地导通FET，从而最小化体二极管的导通时间，进而使损耗最小化。

图2：时间示意图，t_PDLH是导通传播延迟

TI的产品组合包括具有行业领先的高速导通传播延迟的栅极驱动器。参见表1。

类别 设备 描述 导通传播延迟
高速驱动器 UCC27517A
4A / 4A高速低侧栅极驱动器 13ns
UCC27611
4A / 6A高速低侧栅极驱动器 14ns
UCC27201A
3A，120V高侧和低侧驱动器 20ns

表1：高速驱动器

系统效率是一个团队努力的结果。本博客系列介绍了高速和高电流栅极驱动器是关键件。