什麼是柵極驅動器？

 

簡jian單dan來lai說shuo
，柵zha極ji驅qu動dong器qi是shi一yi個ge用yong於yu放fang大da來lai自zi微wei控kong製zhi器qi或huo其qi他ta來lai源yuan的de低di電dian壓ya或huo低di電dian流liu的de緩huan衝chong電dian路lu。在zai某mou些xie情qing況kuang下xia，例li如ru驅qu動dong用yong於yu數shu字zi信xin號hao傳chuan輸shu的de邏luo輯ji電dian平ping晶jing體ti管guan時shi，使shi用yong微wei控kong製zhi器qi輸shu出chu不bu會hui損sun害hai應ying用yong的de效xiao率lv、尺寸或熱性能。在高功率應用中，微控製器輸出通常不適合用於驅動功率較大的晶體管。

 

 

但(dan)是(shi)為(wei)什(shen)麼(me)要(yao)使(shi)用(yong)微(wei)控(kong)製(zhi)器(qi)來(lai)驅(qu)動(dong)功(gong)率(lv)晶(jing)體(ti)管(guan)呢(ne)？為(wei)了(le)更(geng)好(hao)地(di)回(hui)答(da)這(zhe)個(ge)問(wen)題(ti)，我(wo)們(men)來(lai)考(kao)慮(lv)一(yi)下(xia)大(da)型(xing)的(de)應(ying)用(yong)。開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)是(shi)幾(ji)乎(hu)每(mei)一(yi)個(ge)現(xian)代(dai)電(dian)氣(qi)係(xi)統(tong)的(de)核(he)心(xin)。任(ren)何(he)插(cha)到(dao)壁(bi)式(shi)插(cha)座(zuo)上(shang)的(de)設(she)備(bei)都(dou)可(ke)以(yi)利(li)用(yong)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)來(lai)進(jin)行(xing)功(gong)率(lv)因(yin)數(shu)校(xiao)正(zheng)和(he)生(sheng)成(cheng)直(zhi)流(liu)電(dian)流(liu)軌(gui)。汽(qi)車(che)係(xi)統(tong)使(shi)用(yong)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)來(lai)維(wei)持(chi)電(dian)池(chi)、馬ma達da和he充chong電dian器qi等deng係xi統tong。電dian網wang基ji礎chu設she施shi要yao求qiu高gao效xiao率lv地di轉zhuan換huan直zhi流liu太tai陽yang能neng電dian池chi板ban提ti供gong的de開kai關guan電dian能neng，從cong而er將jiang電dian能neng傳chuan輸shu到dao直zhi流liu存cun儲chu係xi統tong和he交jiao流liu電dian網wang。

 

由於應用中存在大量拓撲且複雜性日益升高
，對於高功率晶體管陣列
，現代開關電源通常使用微控製器或其他ASIC來協調其開關，以滿足精確的開關計時要求。這可能會帶來挑戰，因為大多數微控製器輸出並沒有針對驅動功率晶體管進行優化。

 

高功率晶體管與模擬信號鏈或數字邏輯電路中的其他晶體管的特性幾乎完全不同。功率晶體管的擊穿電壓的分布範圍極大，從大約40伏到1,200fushenzhigenggao。youyuxuyaoshixianjiaogaodeloujidianluhejiaodidedaotongsunhao，louyuandianzuxuyaodizhijishihaooumushenzhigengxiao。yulouyuandianzuchengfanbidezhajidianrongtongchangchaoguo10,000pF。柵極驅動電壓和電流要求在很大程度上取決於晶體管結構和漏極電流額定值，其常見值在8至30伏和1至5安培之間。高噪聲環境甚至可能需要雙極輸出驅動。

 

 

與(yu)頻(pin)率(lv)為(wei)幾(ji)十(shi)或(huo)幾(ji)百(bai)兆(zhao)赫(he)的(de)信(xin)號(hao)鏈(lian)或(huo)數(shu)字(zi)晶(jing)體(ti)管(guan)相(xiang)比(bi)，傳(chuan)統(tong)高(gao)功(gong)率(lv)晶(jing)體(ti)管(guan)的(de)頻(pin)率(lv)上(shang)限(xian)隻(zhi)有(you)幾(ji)百(bai)千(qian)赫(he)
，隨(sui)著(zhe)新(xin)技(ji)術(shu)的(de)出(chu)現(xian)，有(you)可(ke)能(neng)會(hui)將(jiang)該(gai)上(shang)限(xian)推(tui)高(gao)一(yi)個(ge)數(shu)量(liang)級(ji)。這(zhe)種(zhong)頻(pin)率(lv)限(xian)製(zhi)是(shi)由(you)於(yu)增(zeng)高(gao)的(de)柵(zha)極(ji)電(dian)容(rong)和(he)驅(qu)動(dong)電(dian)壓(ya)要(yao)求(qiu)造(zao)成(cheng)的(de)。電(dian)容(rong)器(qi)的(de)能(neng)量(liang)等(deng)於(yu)1/2乘以電容再乘以電壓的平方。柵極電容的充放電功耗等於電容器的能量乘以頻率的兩倍--一次充電

，一次放電。具有15納法柵極電容的功率晶體管在200千赫
、12伏方波驅動條件下需要近半瓦的功耗。對於可傳輸3至5千瓦電力的轉換器
，提高開關頻率所帶來的好處，比如減小磁體的尺寸和重量
，有時要比幾瓦驅動損耗的成本更有價值。

 

 

zaijuedingjingtiguandequdongyaoqiudeyuansuzhong，haiyouyizhonggengweijishoudesunhaoyuan。zaizhajidianrongchongfangdianguochengzhong
，kaiguanhuizaiquankaihequanguanzhuangtaizhijiancunzaiyigeguoduqi，cishikaiguanshanghuichuxiandianya，qiehuiyoudianliuliuguokaiguan。youyutongshicunzaijiaogaodedianyahejiaogaodedianliu，yincizheleikaiguansunhaohuizaochengxiangdangdadegonghao
，youshihuidadaojishiwa，yijijinyibudexiaolvjiangji。yinci，tongguogengkuaididuizhajidianrongjinxingchongfangdianlaisuoduanguoduqidechixushijianshiyouhaochude。

 

如ru果guo輸shu出chu電dian壓ya甚shen至zhi高gao到dao足zu以yi使shi晶jing體ti管guan導dao通tong
，那na麼me大da多duo數shu微wei控kong製zhi器qi提ti供gong的de低di電dian流liu信xin號hao在zai驅qu動dong高gao功gong率lv晶jing體ti管guan時shi都dou會hui慢man得de令ling人ren發fa指zhi，效xiao率lv極ji低di。

 

 

現(xian)在(zai)我(wo)們(men)來(lai)回(hui)答(da)什(shen)麼(me)是(shi)柵(zha)極(ji)驅(qu)動(dong)器(qi)這(zhe)個(ge)問(wen)題(ti)
，柵(zha)極(ji)驅(qu)動(dong)器(qi)是(shi)一(yi)個(ge)用(yong)於(yu)放(fang)大(da)來(lai)自(zi)微(wei)控(kong)製(zhi)器(qi)或(huo)其(qi)他(ta)來(lai)源(yuan)的(de)控(kong)製(zhi)信(xin)號(hao)
，從(cong)而(er)使(shi)其(qi)適(shi)應(ying)半(ban)導(dao)體(ti)開(kai)關(guan)的(de)有(you)效(xiao)和(he)高(gao)效(xiao)運(yun)行(xing)的(de)電(dian)路(lu)。

 

有許多柵極驅動器都可以在承受高偏置電壓的情況下工作，例如高功率轉換器中使用的那些。

 

柵極驅動器分類與優點分析

 

廣義地說
，這些柵極驅動器分為兩類：非隔離式柵極驅動器和隔離式柵極驅動器。大多數用於在高電壓下運行的非隔離式柵極驅動器都是半橋驅動器。

 

半橋驅動器旨在驅動以半橋配置堆疊在一起的功率晶體管。它們有兩個通道：dicehegaoce。diceshiyigexiangdangjiandandehuanchongqi，tongchangyukongzhishurujuyouxiangtongdejiedidian。ergaocezeshijingguojingxinshejiqieyibanqiaodekaiguanjiedianweijizhun，congeryunxushiyonglianggeN溝道MOSFET或兩個IGBT。開(kai)關(guan)節(jie)點(dian)應(ying)該(gai)在(zai)高(gao)電(dian)壓(ya)總(zong)線(xian)和(he)電(dian)源(yuan)接(jie)地(di)之(zhi)間(jian)快(kuai)速(su)過(guo)渡(du)，從(cong)而(er)讓(rang)我(wo)們(men)有(you)機(ji)會(hui)以(yi)具(ju)有(you)成(cheng)本(ben)效(xiao)益(yi)的(de)方(fang)式(shi)利(li)用(yong)與(yu)為(wei)低(di)側(ce)供(gong)電(dian)時(shi)相(xiang)同(tong)的(de)電(dian)源(yuan)通(tong)過(guo)自(zi)舉(ju)電(dian)路(lu)為(wei)高(gao)側(ce)供(gong)電(dian)。為(wei)了(le)傳(chuan)達(da)輸(shu)出(chu)應(ying)為(wei)高(gao)電(dian)平(ping)還(hai)是(shi)低(di)電(dian)平(ping)，必(bi)須(xu)包(bao)含(han)一(yi)個(ge)高(gao)電(dian)壓(ya)電(dian)平(ping)轉(zhuan)換(huan)器(qi)
，該(gai)轉(zhuan)換(huan)器(qi)的(de)泄(xie)漏(lou)電(dian)流(liu)通(tong)常(chang)較(jiao)小(xiao)，隻(zhi)有(you)幾(ji)微(wei)安(an)或(huo)更(geng)小(xiao)。

 

 

zhezhongleixingdezhajiqudongqijuyouhenduojuxianxing。shouxian，yinweitazhengtidouzaitongyiguipianshang，yinci，wufachaochuguidegongyijixian。daduoshufeigelishizhajiqudongqidegongzuodianyadoubuchaoguo700伏fu。第di二er，電dian平ping轉zhuan換huan器qi必bi須xu承cheng受shou高gao電dian壓ya運yun行xing的de壓ya力li
，且qie必bi須xu在zai高gao噪zao聲sheng環huan境jing中zhong傳chuan達da輸shu出chu狀zhuang態tai。因yin此ci，為wei了le實shi現xian充chong足zu的de噪zao聲sheng濾lv波bo，電dian平ping轉zhuan換huan器qi通tong常chang會hui添tian加jia一yi些xie傳chuan播bo延yan遲chi。然ran後hou，低di側ce的de驅qu動dong器qi又you要yao與yu高gao側ce驅qu動dong器qi的de較jiao長chang延yan遲chi相xiang匹pi配pei。第di三san
，用yong於yu在zai高gao電dian壓ya下xia運yun行xing的de非fei隔ge離li式shi柵zha極ji驅qu動dong器qi不bu夠gou靈ling活huo。現xian在zai存cun在zai許xu多duo複fu雜za的de拓tuo撲pu
，它ta們men要yao求qiu多duo個ge輸shu出chu能neng夠gou轉zhuan換huan至zhi控kong製zhi公gong共gong端duan電dian平ping以yi上shang或huo以yi下xia。

 

zaixiandaizhajiqudongqizhongyuelaiyuechangjiandetexingshizaishuruheshuchudianluzhijianjichenglegeliceng。zhexieqijianjiangyigeguipianyongyukongzhixinhao
，lingyigeyongyushuchuqudongxinhao，bingtongguojulihejueyuancailiaoduiqijinxingwuligeli。kongzhixinhaozaichuanshuguochengzhongketongguoduozhongfangshichuanguogeliceng，danshi，yufeigelishizhajiqudongqibutongdeshi，gelicengkefangzhirenhexianzhudexieloudianliuconggelicengdeyiceliuxianglingyice。youyuyigeshuruluopiankeyuduogeshuchuluopiangeli
，ershuchuluopianzhijianyoukeyibicigeli，yincishuchugonggongduankeyiziyoudicongshurugonggongduanhuoqitashuchugonggongduanxiangshangpianyi，zhizhidadaogelijishudejixian。

 

 

yujuyoubulinghuodedianpingzhuanhuanqiheyudingshuchujiaosedefeigelishizhajiqudongqibutongdeshi，gelishizhajiqudongqideshuchukeyiyidianluzhongderenhejiedianweijizhun
，qiekeyigouzaoweidantongdaohuoshuangtongdaoqijian。gelijishudejixianyuanyuangaoyufeigelishizhajiqudongqideguigongyixianzhi
，ketigongnaishouligaoyu5千伏的隔離層。除了提高電壓上限和靈活性之外
，隔離式柵極驅動器還可以用於實現更快速、更(geng)穩(wen)健(jian)的(de)運(yun)行(xing)。使(shi)用(yong)隔(ge)離(li)的(de)原(yuan)因(yin)有(you)很(hen)多(duo)。許(xu)多(duo)應(ying)用(yong)都(dou)因(yin)為(wei)監(jian)管(guan)要(yao)求(qiu)而(er)需(xu)要(yao)使(shi)用(yong)隔(ge)離(li)式(shi)電(dian)源(yuan)，並(bing)且(qie)隔(ge)離(li)式(shi)柵(zha)極(ji)驅(qu)動(dong)器(qi)可(ke)以(yi)用(yong)來(lai)簡(jian)化(hua)係(xi)統(tong)結(jie)構(gou)。有(you)時(shi)，隔(ge)離(li)層(ceng)的(de)強(qiang)度(du)還(hai)可(ke)以(yi)用(yong)來(lai)增(zeng)強(qiang)係(xi)統(tong)抵(di)抗(kang)浪(lang)湧(yong)、雷擊和其他有可能損壞係統的異常事件的能力。

 

在其他情況下，通過靈活地使用隔離層可以簡化拓撲的設計，從而無需再使用信號轉換器或電平轉換器，如反相降壓/升壓。即使是在並不嚴格要求進行隔離的傳統半橋應用中
，隔離式柵極驅動器也可以憑借優異的傳播延遲
、較高的驅動力和對高電壓瞬態的更出色承受力而勝過非隔離式柵極驅動器。

 

 

使用隔離式柵極驅動器的常用拓撲包括牽引逆變器、電機驅動器、sanxianggonglvyinshuxiaozhengdianluhechuanshiguangfunibianqi。zhexietuopudouzaijiaoliuhezhiliudianyuanzhijianzhuanhuan

，zhijieyugaodianyazhiliuzongxianhedianjihuodianwangdengsanxiangxitongxianglian。

 

 

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