柵極驅(qū)動(dòng)器的重要性，第二部分

為了最大限度地減少開關(guān)階段的功耗，必須盡快對(duì)柵極電容器進(jìn)行充電和放電。市場提供了特殊的電路來最小化這個(gè)過渡期。如果驅(qū)動(dòng)器可以提供更高的柵極電流，則功率損耗會(huì)降低，因?yàn)楣β仕矐B(tài)的峰值會(huì)更短。一般來說，柵極驅(qū)動(dòng)器執(zhí)行以下任務(wù)：

· 轉(zhuǎn)換電壓電平以驅(qū)動(dòng)?xùn)艠O達(dá)到電路的預(yù)期

· 最大限度地減少系統(tǒng)的切換時(shí)間

· 提供大電流以快速對(duì)柵極電容器進(jìn)行充電和放電

許多設(shè)計(jì)人員犯了直接通過 MCU 上的邏輯門驅(qū)動(dòng)MOSFET的重大錯(cuò)誤。一方面，它可以提供正確的電壓來驅(qū)動(dòng)設(shè)備，但 MCU 的門不允許高電流通過，將其自身限制為幾十毫安的電源。這一事實(shí)導(dǎo)致柵極電容器的充電非常緩慢，這在少數(shù)情況下是不可接受的。在許多情況下，直接從 MCU 驅(qū)動(dòng)功率 MOSFET 可能會(huì)因電流消耗過大而過熱并損壞控制器。通過使用合適的柵極驅(qū)動(dòng)器，可以最大限度地減少上升和下降時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)更高效的系統(tǒng)和非常低的功率損耗。

顯示了柵極電容器相對(duì)于硅 MOSFET 的使用的充電和放電瞬態(tài)。該圖顯示了 IRL540 器件的柵極電容器充電瞬態(tài)，這是一種 MOSFET，特別適用于 MCU 的邏輯柵極電壓。盡管該模型與 TTL 電壓兼容，但必須始終通過使用適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)器以最佳方式研究和執(zhí)行柵極的驅(qū)動(dòng)。在該示例中，柵極的控制通過合適的驅(qū)動(dòng)器和通用 MCU 的數(shù)字輸出端口以兩種方式進(jìn)行。

這兩張圖顯示了電容器的典型充電和放電曲線，以及案例的相對(duì)非線性。在驅(qū)動(dòng)信號(hào)的前沿，即對(duì)于 MOSFET 的激活，完整的瞬態(tài)時(shí)間如下：

· 通過驅(qū)動(dòng)器對(duì)柵極電容充電：805 ns(藍(lán)色跡線)

· 通過 GPIO 對(duì)柵極容量充電：11,000 ns(紅色跡線)

如您所見，不正確的驅(qū)動(dòng)會(huì)使 MOSFET 的激活速度非常慢，大約慢 14 倍——這是一個(gè)不可接受的時(shí)間，會(huì)導(dǎo)致若干開關(guān)損耗。在驅(qū)動(dòng)信號(hào)的下降沿，即關(guān)斷 MOSFET，完成瞬態(tài)的時(shí)間如下：

· 通過驅(qū)動(dòng)器釋放柵極電容：500 ns(藍(lán)色跡線)

· 通過 GPIO 進(jìn)行柵極容量放電：5,000 ns(紅色跡線)

因此，同樣對(duì)于關(guān)斷，不正確的柵極驅(qū)動(dòng)會(huì)使 MOSFET 的去激活速度非常慢，大約慢 10 倍——這也是一個(gè)不可接受的時(shí)間。

Analog Devices Inc. 的 LTC7062以高達(dá) 100 V 的電源電壓驅(qū)動(dòng)兩個(gè) N 溝道 MOSFET。驅(qū)動(dòng)器可以使用不同的接地參考運(yùn)行，具有出色的抗噪性。兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器對(duì)稱且相互獨(dú)立，允許互補(bǔ)或非互補(bǔ)切換。其強(qiáng)大的 0.8-Ω 下拉和 1.5-Ω 上拉允許使用大的柵極容量、高壓 MOSFET。其他功能包括 UVLO、TTL/CMOS 兼容輸入和故障指示器。。

結(jié)論

SiC 器件的柵極驅(qū)動(dòng)器比傳統(tǒng)器件復(fù)雜得多，因?yàn)樗鼈冞€具有監(jiān)控和保護(hù)功能。顯然，在選擇柵極驅(qū)動(dòng)器時(shí)還需要考慮許多其他因素。例如，建議檢查驅(qū)動(dòng)器絕緣、時(shí)序參數(shù)和抗噪性，僅舉幾例。最近，許多公司也在采用數(shù)字化方法來開發(fā)新的可配置驅(qū)動(dòng)程序。通過這種方式，設(shè)計(jì)人員可以對(duì)工作模式進(jìn)行編程，以控制電壓電平和相關(guān)工作時(shí)間。實(shí)際上，這些是可編程 MCU，能夠控制任何電氣行為，而無需對(duì)電路進(jìn)行物理修改。柵極驅(qū)動(dòng)器是真正的技術(shù)瑰寶，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該為此投入所有必要的時(shí)間和金錢。