怎么理解驱动芯片的驱动电流能力
品慧电子讯使用功率开关器件的工程师们肯定都有选择驱动芯片的经历。面对标称各种电流能力的驱动产品时，往往感觉选择非常困惑。特别是在成本压力之下，总希望选择一个刚好够用的产品。以下内容或许能给到些启发。
首先来看一下这个驱动峰值电流的定义方式。这个很重要，不同公司的产品往往宣传说法不一样，所以要参考规格书。以下图1是英飞凌的1EDI系列产品的电流表。比如1EDI60I12AH，我们常说它是6A的驱动。事实上，这个6A是它的最小值而它的典型值是10A。又比如图2中的英飞凌新产品1ED3122MU12H，我们称它为10A的驱动，而这个却是典型值，但后面的测试条件栏里却写着VCC2-OUT=15V，这将是最大值里的典型值。绕口了有没有？那是不是说明两者的驱动带载能力一样的呢？如果不一样又有什么差异？
图1
图2
我们可以借助示波器来一窥究竟，使用宣传为6A的英飞凌1EDI60I12AF芯片，测试连接如图3。输出电流的测量可以在电容前串一个小电阻，因为这个电阻只是用来方便测量电流使用，所以越小越好。如果是测试开通的输出能力的话就测量驱动芯片VCC和OUT之间的电压。如果是测试关断电流能力的话就测量驱动芯片OUT和VEE之间的电压。然后使用示波器XY输入模式，把测得的电压用X轴展示，电流用Y轴展示，可以得到如图4的曲线。这个是驱动芯片本身的电流能力。
图3
图4
但是实际中，无论是处于EMI的考量还是为了保护续流二极管，必然会使用门极电阻，而且为了功率门极不处于欠阻尼状态，Rg≥√(L?C)。为了分析方便，我们先不考虑门极回路里的电感且把驱动内部的MOS当作一个可变电阻处理，那么如图5，可以求出ig=(VCC-VDS-Vge)/Rg，用图4的坐标形式的话，将会是一系列平行的斜线，如图6。斜率和电阻值相关，比如图中的电阻是1.5Ω。门极电压每充1V，斜线就沿横坐标往左平移1V。把图4和图6结合在一起得到了图7，交点就是实际输出的峰值电流，由于实际电路中肯定还有寄生电感，会限制到达峰值电流的速度，导致真实电流值更小。对于一般的中小功率而言，1.5Ω的门极电阻算小的了，理想无感的交点在6A。如果门极电阻再大些，交点电流将更低。这样输出电流的能力被电阻限制住了。所以英飞凌宣称的6A并不是15V时对应的电流值，而是考虑在功率器件标称电流对应的米勒平台时的电流能力。如果直接从横坐标15V的地方找对应的电流甚至大于10A了。
图5
图6
图7
下面我们再来看看新款的X3产品情况怎么样。英飞凌X3系列的产品的输出部分直接采用新一代的单独的PMOS作为开通输出级，如图8所示。而不是像以前的产品那样使用PMOS与NMOS结合的方式（如图5）。选择1ED3122MU12H产品绘制如图9的电流能力曲线（根据设计参数所得而非实际测量）。按照IGBT标称电流时的米勒电压一般为9~10V来看，找到横坐标5、6V的时候电流能力达到了6A以上。和之前1EDI60I12AF相当，如果用最大电流值标称的话就是10A了。由此可以看出和以前PMOS/NMOS结合的产品峰值电流差不多。但是由于PMOS的输出不受限于Vgs，不会像图7的source电流那样有2V左右的阈值，而是和sink电流一样可以直接到零！这样实际测的话曲线会和图7的sink电流类似，我们暂时用它假代PMOS的输出曲线。可以看到即使在米勒电平时两者的输出限值一样都是6A，但是一旦有外加的门极电阻后，PMOS的输出能力更加出色，如图7红色圈所示。
图8
图9
由此可见，单纯地给出一个驱动电流值是无法直接判断带载能力的。我们需要更多的信息，比如芯片内部末级输出形式、定义值的点在哪？更为重要的是，功率器件的门极电阻影响极大。如果外部电阻很大的话，会分掉更多的压降，体现在图7的电阻斜率更小，使得工作点左移，更近原点。如果这时候还看15V的电流能力就变得毫无意义了。而使用独立的、电流更大的PMOS，可以解决NMOS作为共漏极输出所需要的门槛电压问题，输出特性线整体左移，叠加外电阻影响后，实际可以获得更高的电流。
最后，给个工程计算的方法。如果选定了最小门极电阻（临界阻尼或者直接用IGBT规格书的测试电阻），那么门极的电压差除以该电阻得到的电流，用这个值去选驱动芯片15V时对应的电流大于它的产品就可以了。如果门极走线不理想，所用电阻偏大，那自然就不需要大电流更贵的驱动了。反过来，如果门极电阻极小，比如IGBT7的模块甚至用到0.5欧姆以下，那么外加booster是解决方案。另外，超额电流地使用驱动虽然不能使开关损耗变小，但是可以使驱动芯片的功耗降低，减小发热。
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