柵極驅(qū)動(dòng)器的工作原理是什么？柵極驅(qū)動(dòng)器電壓范圍是多少

今天，小編將在這篇文章中為大家?guī)?lái)柵極驅(qū)動(dòng)器的有關(guān)報(bào)道，通過(guò)閱讀這篇文章，大家可以對(duì)柵極驅(qū)動(dòng)器具備清晰的認(rèn)識(shí)，主要內(nèi)容如下。

一、柵極驅(qū)動(dòng)器的工作原理

1、基本原理

柵極驅(qū)動(dòng)器的基本原理是將控制信號(hào)（通常是低電壓、低電流的信號(hào)）轉(zhuǎn)換成適合MOSFET和IGBT的驅(qū)動(dòng)信號(hào)（高電壓、高電流的信號(hào)），從而控制這些器件的導(dǎo)通和截止。具體來(lái)說(shuō)，柵極驅(qū)動(dòng)器通過(guò)向MOSFET或IGBT的柵極施加適當(dāng)?shù)碾妷汉碗娏?，使其柵極電容充放電，進(jìn)而控制器件的導(dǎo)通和截止?fàn)顟B(tài)。

2、關(guān)鍵參數(shù)

驅(qū)動(dòng)電壓 ：MOSFET和IGBT的柵極電壓通常在10V到15V之間，但柵極驅(qū)動(dòng)器的輸出電壓應(yīng)大于這個(gè)范圍，以確保器件能夠可靠地導(dǎo)通和截止。柵極驅(qū)動(dòng)器的輸出電壓范圍通常根據(jù)具體應(yīng)用和器件要求來(lái)確定。

驅(qū)動(dòng)電流 ：為了充放電MOSFET和IGBT的柵極電容，柵極驅(qū)動(dòng)器需要提供足夠的電流。這些電流值通常在幾百毫安到幾安之間，具體取決于器件的柵極電容大小和開(kāi)關(guān)速度要求。

驅(qū)動(dòng)速度 ：MOSFET和IGBT的柵極電壓變化速度很快，因此柵極驅(qū)動(dòng)器必須能夠快速充放電這些器件的柵極。驅(qū)動(dòng)速度的快慢直接影響到器件的開(kāi)關(guān)速度和效率。

抗干擾能力 ：在電力電子應(yīng)用環(huán)境中，存在各種電磁干擾和噪聲。柵極驅(qū)動(dòng)器必須具有一定的抗干擾能力，以保證信號(hào)的可靠性和穩(wěn)定性。

二、柵極驅(qū)動(dòng)器電壓范圍

MOSFET的導(dǎo)通和關(guān)斷是通過(guò)向其柵極施加電壓實(shí)現(xiàn)的，電壓由專(zhuān)用的柵極驅(qū)動(dòng)器提供，如圖1所示。柵極驅(qū)動(dòng)器負(fù)責(zé)提供拉電流，使MOSFET的柵極充電至最終導(dǎo)通電壓VGS(ON)，并在器件放電至最終關(guān)斷電壓VGS(OFF)時(shí)提供灌電流。

圖1：柵極驅(qū)動(dòng)器在MOSFET開(kāi)/關(guān)操作中的驅(qū)動(dòng)方式和電流路徑。MOSFET模型包括寄生電容，如CGD和CGS，它們必須充電和放電。

柵極驅(qū)動(dòng)的正電壓應(yīng)足夠高，以確保MOSFET能夠完全導(dǎo)通，同時(shí)又不超過(guò)最大柵極電壓。在使用碳化硅MOSFET時(shí)，必須考慮到它們通常需要比硅MOSFET更高的柵極電壓。同樣，雖然0 V的電壓足以確保硅MOSFET關(guān)斷，但通常建議SiC器件采用負(fù)偏置電壓，以消除寄生導(dǎo)通的風(fēng)險(xiǎn)。在關(guān)斷過(guò)程中，允許電壓向下擺動(dòng)到-3 V甚至-5 V，這樣就有了一定的余量或裕度，可以避免在某些情況下觸發(fā)VGS(TH)，從而意外導(dǎo)通器件。

以這種方式負(fù)偏置柵極電壓還能降低MOSFET的EOFF損耗。如圖2所示，在驅(qū)動(dòng)安森美的第2代"EliteSiC M3S "系列SiC MOSFET時(shí)，將關(guān)斷電壓從0 V降到-3 V，可將EOFF損耗降低25%。

圖2：負(fù)柵極偏置

RDS(ON)是當(dāng)器件通過(guò)施加到柵極上的特定柵極到源極電壓（VGS）導(dǎo)通時(shí)，MOSFET的漏極和源極之間的電阻。隨著VGS的增加，RDS(ON)通常會(huì)減小，一般來(lái)說(shuō)，RDS(ON)越小越好，因?yàn)镸OSFET被用作開(kāi)關(guān)?？倴艠O電荷QG(TOT)是使MOSFET完全導(dǎo)通所需的電荷，單位為庫(kù)侖，通常與RDS(ON)成反比。QG(TOT)電荷由柵極驅(qū)動(dòng)器提供，因此驅(qū)動(dòng)器必須能夠提供拉灌所需的電流。

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