闸极驱动器

栅极驱动器是一种功率放大器，它接受来自控制器 IC 的低功率输入，并为高功率晶体管（例如 IGBT 或功率 MOSFET）的栅极产生高电流驱动输入。 闸极驱动器可以在片上或作为分立模块提供。 本质上，栅极驱动器由电平转换器和放大器组成。 栅极驱动器 IC 用作控制信号（数字或模拟控制器）和功率开关之间的接口。 集成栅极驱动器解决方案可降低设计复杂性、开发时间、材料清单 (BOM) 和电路板空间，同时提高分立式实施的栅极驱动器解决方案的可靠性。

使用这种混合信号 HVIC 技术，可以实现高压电平转换电路和低压模拟和数字电路。 由于能够放置高压电路（在由多晶硅环形成的“井”中），可以在同一硅上“浮动”600 V 或 1200 V，远离低压电路的其余部分，高压侧 功率 MOSFET 或 IGBT 存在于许多流行的离线电路拓扑中，例如降压、同步升压、半桥、全桥和三相。 带有浮动开关的 HVIC 栅极驱动器非常适合需要高侧、半桥和三相配置的拓扑。

与双极晶体管相比，MOSFET 不需要恒定的功率输入，只要它们不被打开或关闭即可。 MOSFET 的隔离栅电极形成一个电容器（栅极电容器），每次 MOSFET 导通或关断时都必须对该电容器进行充电或放电。 由于晶体管需要特定的栅极电压才能导通，因此栅极电容器必须至少充电到晶体管导通所需的栅极电压。 类似地，要关闭晶体管，必须耗散该电荷，即栅极电容器必须放电。

当晶体管导通或截止时，它不会立即从非导通状态切换到导通状态； 并且可以瞬时支持高电压和传导高电流。 因此，当栅极电流施加到晶体管以使其切换时，会产生一定量的热量，在某些情况下，这些热量足以损坏晶体管。 因此，有必要使开关时间尽可能短，以尽量减少开关损耗。 典型的切换时间在微秒范围内。 晶体管的开关时间与用于给栅极充电的电流量成反比。 因此，开关电流往往需要在几百毫安范围内，甚至在安培范围内。 对于大约 10-15V 的典型栅极电压，可能需要几瓦的功率来驱动开关。 当以高频切换大电流时，例如 在DC-DC转换器或大型电动机中，有时会并联多个晶体管，以提供足够大的开关电流和开关功率。

晶体管的开关信号通常由逻辑电路或微控制器生成，它们提供的输出信号通常限于几毫安的电流。 因此，由这种信号直接驱动的晶体管将非常缓慢地切换，相应地具有高功率损耗。 在开关过程中，晶体管的栅极电容器可能会快速吸收电流，从而导致逻辑电路或微控制器中的电流透支，导致过热，从而导致芯片xxx损坏甚至完全毁坏。 为防止这种情况发生，在微控制器输出信号和功率晶体管之间提供了一个栅极驱动器。

电荷泵通常用于高压侧驱动器中的 H 桥中，用于栅极驱动高压侧 n 沟道功率 MOSFET 和 IGBT。 使用这些设备是因为它们具有良好的性能，但需要高于电源轨几伏的栅极驱动电压。 当半桥的中心变低时，电容器通过二极管充电，此电荷用于稍后驱动高侧 FET 栅极的栅极，使其比源极或发射极引脚的电压高几伏，从而进行开关 它在。 如果电桥定期切换，并且避免了必须运行单独电源的复杂性，并允许更高效的 n 沟道设备用于高开关和低开关，则该策略效果很好。