什麼是柵極驅動器？

 

jiandanlaishuo，zhajiqudongqishiyigeyongyufangdalaiziweikongzhiqihuoqitalaiyuandedidianyahuodidianliudehuanchongdianlu。zaimouxieqingkuangxia，liruqudongyongyushuzixinhaochuanshudeluojidianpingjingtiguanshi，shiyongweikongzhiqishuchubuhuisunhaiyingyongdexiaolv、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1,200伏fu甚shen至zhi更geng高gao。由you於yu需xu要yao實shi現xian較jiao高gao的de漏lou極ji電dian路lu和he較jiao低di的de導dao通tong損sun耗hao
，漏lou源yuan電dian阻zu需xu要yao低di至zhi幾ji十shi毫hao歐ou姆mu甚shen至zhi更geng小xiao。與yu漏lou源yuan電dian阻zu成cheng反fan比bi的de柵zha極ji電dian容rong通tong常chang超chao過guo10,000pF。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。

 

 

yupinlvweijishihuojibaizhaohedexinhaolianhuoshuzijingtiguanxiangbi，chuantonggaogonglvjingtiguandepinlvshangxianzhiyoujibaiqianhe，suizhexinjishudechuxian，youkenenghuijianggaishangxiantuigaoyigeshuliangji。zhezhongpinlvxianzhishiyouyuzenggaodezhajidianronghequdongdianyayaoqiuzaochengde。dianrongqidenengliangdengyu1/2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)。

 

 

xianzaiwomenlaihuidashenmeshizhajiqudongqizhegewenti，zhajiqudongqishiyigeyongyufangdalaiziweikongzhiqihuoqitalaiyuandekongzhixinhao，congershiqishiyingbandaotikaiguandeyouxiaohegaoxiaoyunxingdedianlu。

 

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：低di側ce和he高gao側ce。低di側ce是shi一yi個ge相xiang當dang簡jian單dan的de緩huan衝chong器qi
，通tong常chang與yu控kong製zhi輸shu入ru具ju有you相xiang同tong的de接jie地di點dian。而er高gao側ce則ze是shi經jing過guo精jing心xin設she計ji且qie以yi半ban橋qiao的de開kai關guan節jie點dian為wei基ji準zhun
，從cong而er允yun許xu使shi用yong兩liang個geN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)。

 

在(zai)現(xian)代(dai)柵(zha)極(ji)驅(qu)動(dong)器(qi)中(zhong)越(yue)來(lai)越(yue)常(chang)見(jian)的(de)特(te)性(xing)是(shi)在(zai)輸(shu)入(ru)和(he)輸(shu)出(chu)電(dian)路(lu)之(zhi)間(jian)集(ji)成(cheng)了(le)隔(ge)離(li)層(ceng)。這(zhe)些(xie)器(qi)件(jian)將(jiang)一(yi)個(ge)矽(gui)片(pian)用(yong)於(yu)控(kong)製(zhi)信(xin)號(hao)，另(ling)一(yi)個(ge)用(yong)於(yu)輸(shu)出(chu)驅(qu)動(dong)信(xin)號(hao)，並(bing)通(tong)過(guo)距(ju)離(li)和(he)絕(jue)緣(yuan)材(cai)料(liao)對(dui)其(qi)進(jin)行(xing)物(wu)理(li)隔(ge)離(li)。控(kong)製(zhi)信(xin)號(hao)在(zai)傳(chuan)輸(shu)過(guo)程(cheng)中(zhong)可(ke)通(tong)過(guo)多(duo)種(zhong)方(fang)式(shi)穿(chuan)過(guo)隔(ge)離(li)層(ceng)，但(dan)是(shi)，與(yu)非(fei)隔(ge)離(li)式(shi)柵(zha)極(ji)驅(qu)動(dong)器(qi)不(bu)同(tong)的(de)是(shi)，隔(ge)離(li)層(ceng)可(ke)防(fang)止(zhi)任(ren)何(he)顯(xian)著(zhu)的(de)泄(xie)漏(lou)電(dian)流(liu)從(cong)隔(ge)離(li)層(ceng)的(de)一(yi)側(ce)流(liu)向(xiang)另(ling)一(yi)側(ce)。由(you)於(yu)一(yi)個(ge)輸(shu)入(ru)裸(luo)片(pian)可(ke)與(yu)多(duo)個(ge)輸(shu)出(chu)裸(luo)片(pian)隔(ge)離(li)，而(er)輸(shu)出(chu)裸(luo)片(pian)之(zhi)間(jian)又(you)可(ke)以(yi)彼(bi)此(ci)隔(ge)離(li)
，因(yin)此(ci)輸(shu)出(chu)公(gong)共(gong)端(duan)可(ke)以(yi)自(zi)由(you)地(di)從(cong)輸(shu)入(ru)公(gong)共(gong)端(duan)或(huo)其(qi)他(ta)輸(shu)出(chu)公(gong)共(gong)端(duan)向(xiang)上(shang)偏(pian)移(yi)
，直(zhi)至(zhi)達(da)到(dao)隔(ge)離(li)技(ji)術(shu)的(de)極(ji)限(xian)。

 

 

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、三(san)相(xiang)功(gong)率(lv)因(yin)數(shu)校(xiao)正(zheng)電(dian)路(lu)和(he)串(chuan)式(shi)光(guang)伏(fu)逆(ni)變(bian)器(qi)。這(zhe)些(xie)拓(tuo)撲(pu)都(dou)在(zai)交(jiao)流(liu)和(he)直(zhi)流(liu)電(dian)源(yuan)之(zhi)間(jian)轉(zhuan)換(huan)
，直(zhi)接(jie)與(yu)高(gao)電(dian)壓(ya)直(zhi)流(liu)總(zong)線(xian)和(he)電(dian)機(ji)或(huo)電(dian)網(wang)等(deng)三(san)相(xiang)係(xi)統(tong)相(xiang)連(lian)。

 

 

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