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[导读]为了最大限度地减少开关阶段的功耗,必须尽快对栅极电容器进行充电和放电。市场提供了特殊的电路来最小化这个过渡期。如果驱动器可以提供更高的栅极电流,则功率损耗会降低,因为功率瞬态的峰值会更短。一般来说,栅极驱动器执行以下任务:

为了最大限度地减少开关阶段的功耗,必须尽快对栅极电容器进行充电和放电。市场提供了特殊的电路来最小化这个过渡期。如果驱动器可以提供更高的栅极电流,则功率损耗会降低,因为功率瞬态的峰值会更短。一般来说,栅极驱动器执行以下任务:

· 转换电压电平以驱动栅极达到电路的预期

· 最大限度地减少系统的切换时间

· 提供大电流以快速对栅极电容器进行充电和放电

许多设计人员犯了直接通过 MCU 上的逻辑门驱动MOSFET的重大错误。一方面,它可以提供正确的电压来驱动设备,但 MCU 的门不允许高电流通过,将其自身限制为几十毫安的电源。这一事实导致栅极电容器的充电非常缓慢,这在少数情况下是不可接受的。在许多情况下,直接从 MCU 驱动功率 MOSFET 可能会因电流消耗过大而过热并损坏控制器。通过使用合适的栅极驱动器,可以最大限度地减少上升和下降时间,从而实现更高效的系统和非常低的功率损耗。

显示了栅极电容器相对于硅 MOSFET 的使用的充电和放电瞬态。该图显示了 IRL540 器件的栅极电容器充电瞬态,这是一种 MOSFET,特别适用于 MCU 的逻辑栅极电压。尽管该模型与 TTL 电压兼容,但必须始终通过使用适当的驱动器以最佳方式研究和执行栅极的驱动。在该示例中,栅极的控制通过合适的驱动器和通用 MCU 的数字输出端口以两种方式进行。

这两张图显示了电容器的典型充电和放电曲线,以及案例的相对非线性。在驱动信号的前沿,即对于 MOSFET 的激活,完整的瞬态时间如下:

· 通过驱动器对栅极电容充电:805 ns(蓝色迹线)

· 通过 GPIO 对栅极容量充电:11,000 ns(红色迹线)

如您所见,不正确的驱动会使 MOSFET 的激活速度非常慢,大约慢 14 倍——这是一个不可接受的时间,会导致若干开关损耗。在驱动信号的下降沿,即关断 MOSFET,完成瞬态的时间如下:

· 通过驱动器释放栅极电容:500 ns(蓝色迹线)

· 通过 GPIO 进行栅极容量放电:5,000 ns(红色迹线)

因此,同样对于关断,不正确的栅极驱动会使 MOSFET 的去激活速度非常慢,大约慢 10 倍——这也是一个不可接受的时间。

Analog Devices Inc. 的 LTC7062以高达 100 V 的电源电压驱动两个 N 沟道 MOSFET。驱动器可以使用不同的接地参考运行,具有出色的抗噪性。两个驱动器对称且相互独立,允许互补或非互补切换。其强大的 0.8-Ω 下拉和 1.5-Ω 上拉允许使用大的栅极容量、高压 MOSFET。其他功能包括 UVLO、TTL/CMOS 兼容输入和故障指示器。。

结论

SiC 器件的栅极驱动器比传统器件复杂得多,因为它们还具有监控和保护功能。显然,在选择栅极驱动器时还需要考虑许多其他因素。例如,建议检查驱动器绝缘、时序参数和抗噪性,仅举几例。最近,许多公司也在采用数字化方法来开发新的可配置驱动程序。通过这种方式,设计人员可以对工作模式进行编程,以控制电压电平和相关工作时间。实际上,这些是可编程 MCU,能够控制任何电气行为,而无需对电路进行物理修改。栅极驱动器是真正的技术瑰宝,设计人员应该为此投入所有必要的时间和金钱。


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