4 高功率连续运行

许多双向直流/直流转换器应用的趋势是功率和输出电流电平不断提高。功率高达 3.6kW 的多相设计并不少见，这会在每个 75A 或更高的相位中产生高电流。有一些与栅极驱动器稳态、高电流运行相关的细节，设计人员必须密切关注。

低侧 MOSFET 和高侧 MOSFET 开关的时序有一些死区时间，以防止 MOSFET 半桥可能发生跨导。在低侧功率 MOSFET 关断且高侧功率 MOSFET 关断的死区时间内，流经输出电感器的电流会通过低侧功率 MOSFET 的体二极管。在死区时间期间，MOSFET 体二极管上的压降高于低侧 MOSFET 导通期间的压降，这会导致开关节点转换到较低的负 HS 电压电平。当低侧 FET 关断随后高侧 MOSFET 导通时，发生这种转换后，设计人员需要了解栅极驱动器的运行细节。请参阅图 4-1 中所示的时序。

图 4-1 稳态 HS 电压和自举二极管电流的详细时序图

需要关注的方面是低侧驱动器关断、死区时间和高侧驱动器导通之间的转换。当低侧驱动器和低侧 MOSFET 处于打开状态时，输出电感器电流将流过 MOSFET 通道，根据电感器电流和 MOSFET R_DSON，HS 或开关节点电压会轻微为负值。在低侧 MOSFET 关断后，电感器电流流经低侧 MOSFET 体二极管，因此会根据体二极管正向压降产生更大的负 HS 电压。参考图 4-1，负 HS 电压增加会导致自举二极管开始导通，从而将 HB 电容充电回自举二极管的 VDD- V_F，这会导致自举二极管正向电流。在此期间的自举二极管峰值电流取决于体二极管正向压降和自举二极管动态电阻，对于 1.5V 的体二极管压降和 1Ω 的自举二极管电阻，可产生 1.5A 的自举二极管正向电流。在死区时间内，驱动器的 HO 输出转换为高电平以启动高侧 MOSFET 的导通，从而使 HB-HS 电容器放电以对高侧 MOSFET Q_G 充电。这会在自举电容器上产生一些压降，还会在自举二极管中产生一些正向电流，以恢复自举电容器上的电荷。这两个事件会使自举二极管在接近高侧 MOSFET 导通时间开始传导电流，从而导致开关节点转换为高电平。如果在开关节点转换为高电平时自举二极管中的正向电流没有充分降低到低电平，则在强制关闭时，自举二极管中会产生高反向恢复电流，可能会导致内部自举二极管发生应力或损坏。

图 5-1 显示了 100V 低 R_DSON MOSFET 的体二极管正向电流与正向压降间的关系，以说明死区时间内负 HS 电压的变化。红色标记表示 40A 时的最大电压，即低温条件下的电压。需要记住的一点是，HS 负电压偏移是通道导通和体二极管导通之间的差异。从图 5-1 中的图形可以看出，体二极管的压降在低温下增加，这也是由于 MOSFET R_DSON 的负温度系数而导致 R_DSON 压降降低的情况。