同步降壓轉(zhuǎn)換器中柵極驅(qū)動器強(qiáng)度的影響

同步降壓轉(zhuǎn)換器中相位節(jié)點(diǎn)的峰值電壓 V PH是確定轉(zhuǎn)換器可靠性的主要規(guī)格之一。設(shè)計(jì)人員通常允許相位節(jié)點(diǎn)振鈴高達(dá) MOSFET 數(shù)據(jù)表絕對最大額定值的 85% 至 90%。這個裕度對于轉(zhuǎn)換器的長期可靠性是必要的，因?yàn)殡娐沸枰诤軐挼沫h(huán)境溫度范圍內(nèi)（-40 0 C 到 + 85 0 C）安全運(yùn)行。

從驅(qū)動器方面來看，導(dǎo)致相位節(jié)點(diǎn)振鈴的主要因素是上部 MOSFET FET UPPER 導(dǎo)通過程中的柵極驅(qū)動器強(qiáng)度。讓我們分析它在具有不同柵極驅(qū)動器電阻值的轉(zhuǎn)換器中的影響。

圖 1 顯示了具有上部 MOSFET 柵極驅(qū)動器部分的同步降壓轉(zhuǎn)換器的頂層。FET UPPER需要充電才能開啟。該電荷來自啟動電容器 C BOOT。充電路徑從 C BOOT開始，到 R BOOT，再到上拉驅(qū)動器 P-MOSFET (D UP )、FET UPPER輸入電容器，然后返回到 C BOOT。

圖 1：頂級同步降壓轉(zhuǎn)換器

為簡化比較，將 R BOOT視為短路，并假設(shè) MOSFET D UP行為在 FET UPPER 導(dǎo)通期間為線性電阻。由于較高的開關(guān)功率損耗，較高的 D UP電阻值具有較低的峰值振鈴電壓和較低的轉(zhuǎn)換器效率。較低的電阻值具有較高的峰值振鈴電壓和更好的效率。

圖 2 顯示了具有不同柵極驅(qū)動器強(qiáng)度值的相位節(jié)點(diǎn)振鈴的上升沿。波形來自 TPS543C20 評估板，其中 V IN =12V、V OUT =1V、F SW = 500 kHz、I LOAD = 40A。6Ω D UP的峰值振鈴電壓比8Ω D UP高約6V 。TPS543C20 內(nèi)部D UP的電阻值可以通過外部通信接口（例如I 2 C 協(xié)議）進(jìn)行編程。波形來自相同的器件和相同的評估板，以最大限度地減少與其他組件的差異。

現(xiàn)在，讓我們將具有不同啟動電阻值的 6Ω D UP與 8Ω D UP 進(jìn)行比較。從電路分析的第一階來看，6Ω D UP和 2Ω 啟動電阻應(yīng)該具有與 8Ω D UP相同的峰值振鈴電壓。圖 2 還將 6Ω D UP值與 1Ω、3Ω 和 5Ω 啟動電阻器進(jìn)行了比較。這些配置的峰值振鈴電壓高于 8Ω D UP值。

我們可能會問為什么帶有 2Ω 啟動電阻的 6Ω D UP和 8Ω D UP值沒有相同的峰值振鈴電壓結(jié)果。這是因?yàn)?/span> D UP表現(xiàn)為動態(tài) MOSFET，與 R BOOT 的純電阻相比，它在導(dǎo)通過程中需要時間。因此，具有 6Ω D UP和 6Ω D UP加上啟動電阻的相位節(jié)點(diǎn)的上升斜率具有相同的比率，并且比 8Ω D UP斜率更快。

圖 2：TPS543C20 器件上的相位節(jié)點(diǎn)振鈴

圖 3 比較了所有配置的效率。結(jié)果清楚地與我們之前的評估相關(guān)。6Ω D UP效率最高，峰值電壓振鈴最高。而且，8Ω D UP效率最低，峰值電壓振鈴最低。

圖 3：效率與柵極驅(qū)動器強(qiáng)度變化的比較

優(yōu)化主功率級 MOSFET 的柵極驅(qū)動器強(qiáng)度以確?？煽啃圆@得最高轉(zhuǎn)換器效率至關(guān)重要。柵極驅(qū)動器強(qiáng)度的微小變化會導(dǎo)致轉(zhuǎn)換器性能的巨大變化。在我們的下一個設(shè)計(jì)中考慮使用 TPS543C20 固定頻率、非補(bǔ)償可堆疊同步降壓轉(zhuǎn)換器。