門極驅(qū)動器的重要性

在所有功率電路中，硅碳（SiC）和氮化鎵（GaN）開關器件是主要使用的組件。盡管它們在操作速度、處理的高電壓、電流和低功耗方面具有優(yōu)越的內(nèi)在特性，但設計師將所有精力都放在了這些器件上，往往忽略了對相關驅(qū)動器的研究和開發(fā)。

一個良好的功率電路不僅由靜態(tài)器件如SiC和GaN MOSFETs組成，還包含了門極驅(qū)動器。這是一個獨立的元素，位于電子開關之前，確保以最佳方式為其提供驅(qū)動能量。實際上，不能僅僅將方波或矩形波直接發(fā)送到器件的門極端子。另一方面，必須適當時序地發(fā)送正確的電位，以確保振蕩適用于各種組件，減少寄生元件，盡可能地取消功率損耗。因此，設計師在進行電路項目設計時，必須從最終負載的角度出發(fā)，分析并創(chuàng)造出一款能夠以最優(yōu)化的方式驅(qū)動功率組件的卓越門極驅(qū)動器。

一個非最優(yōu)的驅(qū)動器不僅會導致重大的功率損失，而且不完美的同步往往會導致電路的異常運作，可能會破壞MOSFETs。它們是電壓控制的設備，門極是其控制端子，與設備電氣隔離。必須通過專門的驅(qū)動器在此端子上施加電壓，使MOSFET工作。

MOSFET的門極實際上是一個非線性電容器。在門電容器上施加充電可以將設備置于“開”狀態(tài)，允許電流在漏極和源極端子之間流動。相反，該電容器的放電將其置于“關”狀態(tài)。為了使MOSFET工作，在門極和源極之間必須施加高于閾值電壓（VTH），這是電容器充電并且MOSFET開始導電的最小電壓。通常，數(shù)字系統(tǒng)（微控制器，MCU）不足以激活該設備，因此總是需要一個接口，即驅(qū)動器，來在控制邏輯和功率開關之間提供界面。

門極驅(qū)動器的主要功能之一是電平轉(zhuǎn)換器。但是，門電容無法瞬間充電；需要一段時間才能完全充電。在這個時間內(nèi)，盡管非常短暫，設備在高電流和電壓下工作，以熱量形式散發(fā)出高功率。不幸的是，這種能量是未使用的，構成了功率損失。因此，為了最大限度地減少開關時間并最小化這種時間損失，需要提供高電流暫態(tài)，以快速充電門電容。

市場提供了特殊電路，以最小化這一過渡期。如果驅(qū)動器可以提供更高的門電流，功率損失會因為功率暫態(tài)峰值的縮短而減少。總的來說，門極驅(qū)動器執(zhí)行以下任務：

1.將電壓級別轉(zhuǎn)換，驅(qū)動門電容以滿足電路的預期

2.最小化系統(tǒng)的開關時間

3.提供高電流，以快速充放電門電容

許多設計師犯了一個重大錯誤，通過MCU上的邏輯門直接驅(qū)動MOSFET。一方面，它可以提供正確的電壓來驅(qū)動設備，但MCU的輸出端口不允許高電流通過，僅限于提供幾十毫安的電流。這導致門電容器充電非常慢，在某些情況下這是不可接受的。在許多情況下，直接從MCU驅(qū)動功率MOSFET可能會因過度電流抽取而過熱和損壞控制器。相反，使用適當?shù)拈T極驅(qū)動器，上升和下降時間被最小化，從而實現(xiàn)了效率更高、功率損耗極低的系統(tǒng)。

結論

用于SiC器件的門極驅(qū)動器比傳統(tǒng)的復雜得多，因為它們還具有監(jiān)測和保護功能。顯然，在選擇門極驅(qū)動器時還有許多其他考慮因素。例如，最好檢查驅(qū)動器的絕緣性、定時參數(shù)和抗噪聲性能等。最近，許多公司還采取了對新可配置驅(qū)動器的數(shù)字化方法。這樣設計師就可以編程操作模式以控制電壓水平和相應的工作時間。實踐中，這些是能夠控制任何電氣行為而無需物理修改電路的可編程MCU。門極驅(qū)動器是也是科技的瑰寶，設計師應該投入所有必要的時間和資金進行研發(fā)。