如何选择栅极驱动器IC

2021-05-11

如何选择栅极驱动器IC

如今，无论晶體(tǐ)管集成到CPU中还是作為(wèi)分(fēn)立组件提供，晶體(tǐ)管都有(yǒu)各种形状和尺寸。任何晶體(tǐ)管都需要一些電(diàn)流才能(néng)在ON和OFF状态之间切换，从而使電(diàn)流流过器件。更大的晶體(tǐ)管，无论在物(wù)理(lǐ)上还是在電(diàn)流输出方面，都需要更多(duō)的功率来进行开关。该電(diàn)源可(kě)以由栅极驱动器IC提供，后者专门用(yòng)于在控制器和功率晶體(tǐ)管之间提供缓冲器。

并非所有(yǒu)应用(yòng)都需要栅极驱动器IC。高频应用(yòng)可(kě)以在收发器或其他(tā)RF组件内部包括优化的栅极驱动器電(diàn)路，以提供用(yòng)于切换晶體(tǐ)管放大器（包括RF功率放大器）所需的功率。这些组件是電(diàn)源系统的组成部分(fēn)，因為(wèi)它们在提供所需开关功率的同时还保护了其他(tā)关键组件。这些组件的工作原理(lǐ)以及如何选择栅极驱动器IC的方法如下。

為(wèi)什么要使用(yòng)栅极驱动器IC？

如上所述，栅极驱动器IC向高功率晶體(tǐ)管（例如IGBT或MOSFET）提供高電(diàn)流，以便将其完全驱动到导通状态。这些组件从另一个组件（例如MCU或其他(tā)控制器IC）接收低功率输入。这样，栅极驱动器IC就像MCU和晶體(tǐ)管之间的缓冲器一样。信号链中栅极驱动器IC的典型配置如下所示。

尽管栅极驱动器的基本目的是充当驱动大型晶體(tǐ)管的放大器，但更深层的原因是栅极驱动器IC用(yòng)于开关。使用(yòng)专用(yòng)栅极驱动器IC的主要目标是：

减少负载晶體(tǐ)管中的开关损耗

减少负载晶體(tǐ)管的开关时间

完全驱动晶體(tǐ)管进入导通/非导通状态

并非所有(yǒu)栅极驱动器都提供的第三个目标是在负载和控制器之间提供隔离。这是由栅极驱动器中的一个小(xiǎo)型内部变压器提供的。这些组件称為(wèi)隔离式栅极驱动器。

所有(yǒu)晶體(tǐ)管都具有(yǒu)一定的非線(xiàn)性電(diàn)容，即，它们的作用(yòng)就像变容二极管。当切换负载晶體(tǐ)管时，一些電(diàn)荷保留在栅极區(qū)域上，从而使沟道保持在其電(diàn)流非导通或导通状态。一旦施加另一个電(diàn)流脉冲，如果开关信号很(hěn)慢或以低電(diàn)流运行，则晶體(tǐ)管中会产生高热量。在较高電(diàn)流下施加开关信号可(kě)以在状态之间进行更快的切换，而损耗却更少。

上面显示的布局以及对大功率晶體(tǐ)管的完整，快速调制的需求，使得栅极驱动器IC在大功率负载需要完整切换和调制的任何应用(yòng)中都非常重要。如果我们要使用(yòng)MCU进行此操作，则从MCU汲取的大電(diàn)流可(kě)能(néng)会导致其过热并发生故障，因此需要栅极驱动器。开关DC-DC转换器，功率逆变器和電(diàn)机驱动器電(diàn)路的三个典型应用(yòng)是。

DC-DC转换

栅极驱动器接收到来自控制器的输入后，就会向单个晶體(tǐ)管或多(duō)个并联晶體(tǐ)管输出高電(diàn)流。请注意，在具有(yǒu)高電(diàn)流输出的开关DC-DC转换器中，晶體(tǐ)管的并联布置是常见的，尤其是在IGBT或MOSFET中。当大型晶體(tǐ)管阵列需要几安培的電(diàn)流才能(néng)完全切换到导通状态时，这种类型的系统是必需的，这在高功率转换器中很(hěn)常见。

就信号链中的布局而言，栅极驱动器将位于反馈环路内，如下图所示。MCU可(kě)用(yòng)于实现简单的控制算法以提供稳定的電(diàn)压输出，也可(kě)用(yòng)于响应用(yòng)户输入来更改输出電(diàn)压。在需要转换器提供高電(diàn)流调节的情况下，可(kě)以在MCU / PWM驱动器之前的反馈环路中使用(yòng)電(diàn)流检测放大器，因為(wèi)这会提供精确的電(diàn)流测量值，以用(yòng)于控制算法。

電(diàn)力逆变器

这与DC-DC转换有(yǒu)关，尽管我们现在正在连续切换以产生振荡波形。在该应用(yòng)中需要隔离的栅极驱动器，以将直流電(diàn)源和控制器与输出侧隔离。负载侧使用(yòng)反相逻辑，而栅极驱动器则提供有(yǒu)低電(diàn)流振荡器波形。

電(diàn)机驱动電(diàn)路

该原理(lǐ)应用(yòng)涉及以PWM信号驱动的晶體(tǐ)管。在这种情况下，栅极驱动器接收PWM信号并输出PWM信号的放大的高電(diàn)流版本。然后将其发送到晶體(tǐ)管阵列以驱动電(diàn)机。示例包括驱动步进電(diàn)机和有(yǒu)刷電(diàn)机。隔离式栅极驱动器通常在此应用(yòng)中使用(yòng)，因為(wèi)它们出现在MCU /控制器与输出侧的電(diàn)动机之间。

重要的栅极驱动器规格

输出電(diàn)流是您需要研究的最重要的规格，应将该规格与您的晶體(tǐ)管规格进行比较。以下是选择栅极驱动器IC时应检查的一些其他(tā)重要规格：

栅极驱动器的类型。gae驱动程序有(yǒu)四种类型：

高侧：用(yòng)于驱动功率晶體(tǐ)管，该功率晶體(tǐ)管连接到没有(yǒu)接地参考连接的正電(diàn)源轨。

低端：用(yòng)于驱动无参考连接而连接到负電(diàn)源轨的晶體(tǐ)管。

半桥：这些组件包含低端和高端驱动器電(diàn)路，使其更加灵活。

三相：这些栅极驱动器用(yòng)于三相系统。

上升和下降时间。这对于减少开关损耗很(hěn)重要。特别是，以更快的上升/下降时间进行开关将确保晶體(tǐ)管中的开关损耗更低。

最大限度。频率。这在以上三个应用(yòng)程序中都很(hěn)重要。

温度额定值。由于这些组件以高功率运行，因此它们可(kě)能(néng)需要散热器进行冷却。

安森美半导體(tǐ)的FAN73912MX栅极驱动器IC是可(kě)以以半桥配置连接的高功率组件的一个示例。下图所示的应用(yòng)電(diàn)路说明了高功率栅极驱动器如何与高压系统中的控制器集成在一起。