ZHCSKZ7C June 2020 – February 2021 UCC21540-Q1
PRODUCTION DATA
10.2.2.6 估算栅极驱动器功率损耗
栅极驱动器子系统中的总损耗 PG 包括 UCC21540-Q1 (PGD) 的功率损耗和外围电路（如外部栅极驱动电阻器）中的功率损耗。自举二极管损耗并未包含在 PG 中，本节中也不对其进行讨论。
PGD 是关键功率损耗，它决定了 UCC21540-Q1 的热安全相关限值，可以通过计算几个分量产生的损耗来对其进行估算。
第一个分量是静态功率损耗 PGDQ，其中包括以特定开关频率工作时驱动器上的静态功率损耗以及驱动器的自身功耗。PGDQ 是在给定 VCCI、VDDA/VDDB、开关频率和环境温度下，在无负载连接到 OUTA 和 OUTB 时在工作台上测量。 和 展示了无负载条件下工作电流消耗与工作频率之间的关系。在本例中，VVCCI = 5V 且 VVDD = 12V。当 INA/INB 以 100 kHz 频率从 0V 切换至 3.3V 时，测得每个电源上的电流 IVCCI ≈ 2.5 mA 且 IVDDA = IVDDB ≈ 1.5 mA。因此，可以通过以下公式计算 PGDQ：
第二个分量是开关操作损耗 PGDO，此时具有给定的负载电容，驱动器在每个开关周期中对其进行充电和放电。负载开关产生的总动态损耗 PGSW 可以通过以下公式进行估算：
其中
- QG 是功率晶体管的栅极电荷。
如果使用分离轨进行开启和关闭，则 VDD 将等于正电源轨和负电源轨之差。
因此，在本应用示例中：
QG 表示功率晶体管在以数据表中所提供的 14A 电流和 480V 电压进行开关时的总栅极电荷，该电荷随测试条件的变化而变化。输出级上的 UCC21540-Q1 栅极驱动器损耗 PGDO 是 PGSW 的一部分。如果外部栅极驱动器电阻为 0Ω，则 PGDO 将等于 PGSW，并且所有栅极驱动器损耗都将在 UCC21540-Q1 内耗散。如果存在外部导通和关断电阻，则总损耗将分布在栅极驱动器上拉/下拉电阻和外部栅极电阻之间。重要的是，如果拉电流/灌电流未达到 4 A/6 A 饱和值，则上拉/下拉电阻是线性的固定电阻，但是，如果拉电流/灌电流达到饱和，它将是非线性的。因此，PGDO 在这两种情形下是不同的。
情况 1 - 线性上拉/下拉电阻器：
在此设计示例中，所有预测的拉电流/灌电流均小于 4A/6A，因此可以使用以下公式来估算 UCC21540-Q1 栅极驱动器损耗：
情况 2 - 非线性上拉/下拉电阻器：
其中
- VOUTA/B(t) 为栅极驱动器 OUTA 和 OUTB 引脚在导通和关断瞬变期间的电压，它可以简化为恒流源（在导通时为 4A，在关断时为 6A）对负载电容器进行充电或放电。因此，VOUTA/B(t) 波形将是线性的，可以轻松地预测 TR_Sys 和 TF_Sys。
对于某些情形，如果只有一个上拉或下拉电路饱和，而另一个不饱和，则 PGDO 是情况 1 和情况 2 的组合，可以根据上面的论述轻松地识别上拉和下拉的方程。因此，栅极驱动器 UCC21540-Q1 中的总栅极驱动器损耗 PGD 为：
在本设计示例中该值等于 127 mW。