正确理解驱动电流与驱动速度

本文主要阐述了在驱动芯片中表征驱动能力的关键参数：驱动电流和驱动时间的关系，并通过实验解释了如何正确理解这些参数在实际应用中的表现。
概述
驱动芯片
功率器件如mosfet、igbt需要驱动电路的配合从而得以正常地工作。图1显示了一个驱动芯片驱动一个功率mosfet的电路。当m1开通，m2关掉的时候，电源vcc通过m1和rg给cgs，cgd充电，从而使mosfet开通，其充电简化电路见图2。当m1关断，m2开通的时候，cgs通过rg和m2放电，从而使mosfet关断，其放电简化电路见图3。
图 1. 功率器件驱动电路
图 2. 开通时的简化电路及充电电流
图 3. 关断时的简化电路及放电电流
驱动电路的驱动能力影响功率器件的开关速度，进而影响整个系统的效率、电磁干扰等性能。驱动能力太强会导致器件应力过高、电磁干扰严重等问题; 而驱动能力太弱会导致系统效率降低。因此，选择一个适当驱动能力的芯片来驱动功率器件就显得至关重要。
衡量驱动能力
的主要指标
驱动电流
和驱动速度
衡量一个驱动芯片驱动能力的指标主要有两项：驱动电流和驱动的上升、下降时间。这两项参数在一般驱动芯片规格书中都有标注。而在实际应用中，工程师往往只关注驱动电流而忽视上升、下降时间这一参数。事实上，驱动的上升、下降时间这个指标也同样重要，有时甚至比驱动电流这个指标还重要。因为驱动的上升、下降时间直接影响了功率器件的开通、关断速度。
图 4. mosfet开通时驱动电压和驱动电流
图4显示了一个mosfet开通时门极驱动电压和驱动电流的简化时序图。t1到t2这段时间是门极驱动的源电流（io+）从零开始到峰值电流的建立时间。在t3时刻，门极电压达到米勒平台，源电流开始给mosfet的米勒电容充电。在t4时刻，米勒电容充电完成，源电流继续给mosfet的输入电容充电，门极电压上升直到达到门极驱动的电源电压vcc。同时在t4到t5这个期间，源电流也从峰值电流降到零。
这里有一个很重要的阶段：t1到t2的源电流的建立时间。不同的驱动芯片有不同的电流建立时间，这一建立时间会影响驱动的速度。
测试对比
以下通过实测两款芯片slm2184s和ir2184s的性能来说明驱动电流建立时间对驱动速度的影响。
表格1对比了slm2184s和ir2184s的各项测试。虽然slm2184s的峰值源电流[io+]和峰值灌电流[io-]比ir2184s的测试值偏小，但是slm2184s的电流建立时间远比ir2184s的建立时间更短。
表格1：slm2184s 和ir2184s驱动电流和驱动时间对比
因此，在负载电容（比如mosfet的输入电容）较小的时候，slm2184s的驱动速度并不比ir2184s的驱动速度慢。如在1nf的负载电容下，两者的驱动速度基本一致。只有当负载电容较大的时候，如在3.3nf的情况下，slm2184s的驱动速度才会比ir2184s慢。
实测
slm2184s vs ir2184s
驱动测试对比
图5~图16: 实测slm2184s的驱动电流和驱动时间的波形。
图17~图28: 实测ir2184s的驱动电流和驱动时间的波形。
slm2184s驱动测试
ch1: 驱动输入; ch2: 驱动输出; ch4: 驱动源电流
图5：slm2184s的驱动源电流
负载电容100nf
ch1: 驱动输入; ch2: 驱动输出; ch4: 驱动源电流
图6：slm2184s的驱动源电流上升速度
负载电容100nf
ch1: 驱动输入; ch2: 驱动输出; ch4: 驱动灌电流
图7：slm2184s的驱动灌电流
负载电容100nf
ch1: 驱动输入; ch2: 驱动输出; ch4: 驱动灌电流
图8：slm2184s的驱动灌电流上升速度
负载电容100nf
ch1: 驱动输入; ch2: 驱动输出; ch4: 驱动源电流
图9：slm2184s的驱动上升速度
负载电容1nf
ch2: 驱动输出
图10：slm2184s的驱动上升速度
负载电容1nf
ch1: 驱动输入; ch2: 驱动输出; ch4: 驱动灌电流
图11：slm2184s的驱动下降速度
负载电容1nf
ch2: 驱动输出
图12：slm2184s的驱动下降速度
负载电容1nf
ch2: 驱动输出
图13：slm2184s的驱动上升速度
负载电容2.2nf
ch2: 驱动输出
图14：slm2184s的驱动上升速度
负载电容3.3nf
ch2: 驱动输出
图15：slm2184s的驱动下降速度
负载电容2.2nf
ch2: 驱动输出
图16：slm2184s的驱动下降速度
负载电容3.3nf
ir2184s驱动测试
ch1: 驱动输入; ch2: 驱动输出; ch4: 驱动源电流
图17：ir2184s的驱动源电流
负载电容100nf
ch1: 驱动输人; ch2: 驱动输出; ch4: 驱动源电流
图18：ir2184s的驱动源电流上升速度
负载电容100nf
ch1: 驱动输入; ch2: 驱动输出; ch4: 驱动灌电流
图19：ir2184s的驱动灌电流
负载电容100nf
ch1: 驱动输入; ch2: 驱动输出; ch4: 驱动灌电流
图20：ir2184s的驱动灌电流上升速度
负载电容100nf
ch1: 驱动输入; ch2: 驱动输出; ch4: 驱动源电流
图21：ir2184s的驱动上升速度
负载电容1nf
ch2: 驱动输出
图22：ir2184s的驱动上升速度
负载电容1nf
ch1: 驱动输入; ch2: 驱动输出; ch4: 驱动灌电流
图23：ir2184s的驱动下降速度
负载电容1nf
ch2: 驱动输出
图24：ir2184s的驱动下降速度
负载电容1nf
ch2: 驱动输出
图25：ir2184s的驱动上升速度
负载电容2.2nf
ch2: 驱动输出
图26：ir2184s的驱动上升速度
负载电容3.3nf
ch2: 驱动输出
图27：ir2184s的驱动下降速度
负载电容2.2nf
ch2: 驱动输出
图28：ir2184s的驱动下降速度
负载电容3.3nf
测试总结
从以上实验测试可以看到，驱动芯片的驱动速度不仅取决于驱动电流的大小，还受到诸如驱动电流建立时间、mosfet的输入电容等因素的影响。有些驱动芯片的驱动电流虽然比较大，但由于它的电流上升和下降速度很慢，并没有很好地发挥大驱动电流的作用，甚至在大部分应用场合下驱动速度（tr和tf）不如驱动电流小的驱动芯片。因此，在选择驱动芯片的时候，不仅要关注驱动电流的大小，也要关注在一定负载电容下的上升、下降时间。当然最为妥当的办法是根据实际选择的功率管测量驱动端的波形，从而判断是否选择了合适的驱动芯片。
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