施加電壓控制驅(qū)動的電路——柵極驅(qū)動器

時間：2024/7/3閱讀：360

什么是柵極驅(qū)動器,？

柵極驅(qū)動器是向電壓驅(qū)動型MOSFET或IGBT的柵端子施加電壓來控制驅(qū)動的電路。

目前,，常用的柵極驅(qū)動器是驅(qū)動和控制MOSFET柵極的電路,，但也有使用電阻器、二極管和雙極晶體管等晶體管的模擬電路技術(shù),。最近,，柵極驅(qū)動器外圍電路元件本身也不斷發(fā)展。

種類和組合有很多種,，但實用的是學(xué)習(xí)使用MOSFET的柵極電壓驅(qū)動控制電路,。

柵極驅(qū)動器的應(yīng)用

柵極驅(qū)動器用于通過僅由 MOSFET 和柵極電阻組成的簡單驅(qū)動電路來驅(qū)動功率晶體管。

柵極驅(qū)動器的優(yōu)點是零件數(shù)量少,。缺點是開關(guān)速度和損耗隨電阻值變化很大,，很難設(shè)定合適的電阻值。另外,，作為改善該電阻值調(diào)整問題的電路,，還用于使用二極管分別驅(qū)動MOSFET柵極ON/OFF的電路中。

由于二極管電壓仍然存在,，因此它不會為零,，但連接上下 MOSFET 的 Pch 和 Nch 的稱為推挽的電路解決了這個問題,。目前，這是柵極驅(qū)動器常用的應(yīng)用,。

柵極驅(qū)動原理

柵極驅(qū)動器由晶體管推挽電路組成,。

推挽電路是通過交替操作兩個晶體管來執(zhí)行開關(guān)或放大的電路。推挽電路有兩種類型：“射極跟隨器型"和“發(fā)射極接地型",，但基本上經(jīng)常是后者,。

柵極驅(qū)動器由充當(dāng)中層管理器角色的電路組成，在晶體管站點執(zhí)行大量工作的強大功率元件和充當(dāng)公司大腦和總裁并發(fā)出控制命令的微型計算機之間進行調(diào)解,。政策,。

功率 MOSFET和IGBT是可流過大電流的功率器件的示例。在大多數(shù)情況下,，直接驅(qū)動這些設(shè)備的電壓和電流不足以由普通微控制器輸出,。

因此，為了驅(qū)動功率元件和微控制器,，它們之間需要一個柵極驅(qū)動器,。

有關(guān)柵極驅(qū)動器的其他信息

1. 什么是超高速柵極驅(qū)動器？

超高速柵極驅(qū)動器是專門用于高速開關(guān)的柵極驅(qū)動器,。

其中,，所謂的超高速器件一般具有幾十皮秒或更短的開關(guān)速度。 Pico 是 10 的負(fù) 12 次方,，因此它的切換速度小于 1/1 秒的負(fù) 12 次方（1 萬億）,。

這可以說是由于最近半導(dǎo)體器件的技術(shù)創(chuàng)新而發(fā)生的演變。

2.超高速柵極驅(qū)動器的實際應(yīng)用

以下是已投入實際應(yīng)用的超高速器件柵極驅(qū)動器,。

第一種類型是使用常用半導(dǎo)體硅的晶體管,，有雙極型和 MOS 型。雙極型能夠在數(shù)十皮秒內(nèi)進行高速開關(guān),。 MOS型雖然有動作延遲,，但適合高密度電路集成。

第二種是化合物半導(dǎo)體型晶體管,。 MESFET是肖特基柵型場效應(yīng)晶體管,，HBT是異質(zhì)雙極晶體管，HEMT是高遷移率場效應(yīng)晶體管,。使用的半導(dǎo)體是砷化鎵化合物,。該元件能夠進行幾皮秒的切換操作，并與當(dāng)今的超高速兼容,，使其成為最快的半導(dǎo)體,。

第三種方法仍處于研究階段，是一種稱為約瑟夫森裝置的裝置，它利用兩種超導(dǎo)體之間的隧道效應(yīng),。它的開關(guān)速度是所推出的第二種元件的一半,，并使用鈮等金屬材料。然而,，由于需要極低的運行溫度等條件,，其實際應(yīng)用仍存在挑戰(zhàn)。

3.SiC柵極驅(qū)動器

SiC柵極驅(qū)動器是當(dāng)今電力電子領(lǐng)域備受關(guān)注的半導(dǎo)體器件,，因其優(yōu)異的耐壓性和更高的開關(guān)速度,。這是指由一種叫做碳化硅（俗稱SiC）的半導(dǎo)體制成的柵極驅(qū)動器，其使用已成為業(yè)界的趨勢,。

特別是，使用 SiC 的 MOSFET 有助于極大地提高大功率逆變器中存在的問題的開關(guān)性能,，并在實現(xiàn)高擊穿場強和載流子漂移速度 Ta 的同時改善散熱,。

然而，SiC 面臨著解決各種 SiC 成分配置中的電壓差異的挑戰(zhàn),。

4. 目前主要的柵極驅(qū)動器件

目前,，我們希望與柵極驅(qū)動器一起運行的主要器件是電壓驅(qū)動器件，例如 MOSFET 和 IGBT,。柵極驅(qū)動器不需要持續(xù)流過電流,，但由于開關(guān)操作期間會流過短期脈沖電流，因此必須特別注意柵極驅(qū)動器作為功率器件的額定電流和電壓值,。

特別是,，就 IGBT 而言，與 MOSFET 相比,，其特性在數(shù)十 V 的高電壓下表現(xiàn)出來,，因此盡可能選擇與電壓范圍和應(yīng)用相匹配的柵極驅(qū)動器偏置特性更為安全。

5,、模塊化及未來趨勢

IGBT 的特點是工作電壓高,，如果超過最大額定值，則可能會瞬間損壞,。因此,，與單個IGBT（分立式）相比，將柵極驅(qū)動IC,、保護電路等與單個IGBT結(jié)合在一起的IGBT模塊更易于使用,，目前已被市場廣泛接受。

柵極驅(qū)動器技術(shù)開發(fā)的未來趨勢不僅包括旨在實現(xiàn)更小尺寸和更高性能的易于使用的產(chǎn)品,，還包括 D 類放大器和電機驅(qū)動器等專用 IC,。這些柵極驅(qū)動器很可能與前面提到的 SiC 半導(dǎo)體和 GaN 器件的柵極驅(qū)動器分開