栅极驱动器

意法半导体推出新一代集成化栅极驱动器STDRIVE102H和STDRIVE102BH，用于控制三相无刷电机，提高消费电子和工业设备的性能、能效和经济性

<strong>Bernhard Strzalkowski博士 ADI公司</strong>

本文通过故意损坏IGBT/MOSFET功率开关来研究栅极驱动器隔离栅的耐受性能。

在高度可靠、高性能的应用中，如电动/混合动力汽车，隔离栅级驱动器需要确保隔离栅在所有情况下完好无损。随着Si-MOSFET/IGBT不断改进，以及对GaN和SiC工艺技术的引进，现代功率转换器/逆变器的功率密度不断提高。因此，需要高度集成、耐用的新型隔离式栅极驱动器。这些驱动器的电隔离装置体积小巧，可集成到驱动器芯片上。这种电隔离可以通过集成高压微变压器或电容器来实现。1, 2, 3 一次意外的系统故障均可导致功率开关甚至整个功率逆变器损坏和爆炸。因此，需要针对高功率密度逆变器研究如何安全实施栅级驱动器的隔离功能。必须测试和验证最坏情况下（功率开关被毁坏）隔离栅的可靠性。

<strong>简介</strong>

<strong>Bernhard Strzalkowski博士 ADI公司</strong>

<strong>摘要</strong>

本文通过故意损坏IGBT/MOSFET功率开关来研究栅极驱动器隔离栅的耐受性能。在高度可靠、高性能的应用中，如电动/混合动力汽车，隔离栅级驱动器需要确保隔离栅在所有情况下完好无损。

随着Si-MOSFET/IGBT不断改进，以及对GaN和SiC工艺技术的引进，现代功率转换器/逆变器的功率密度不断提高。因此，需要高度集成、耐用的新型隔离式栅极驱动器。这些驱动器的电隔离装置体积小巧，可集成到驱动器芯片上。这种电隔离可以通过集成高压微变压器或电容器来实现。1, 2, 3 一次意外的系统故障均可导致功率开关甚至整个功率逆变器损坏和爆炸。因此，需要针对高功率密度逆变器研究如何安全实施栅级驱动器的隔离功能。必须测试和验证最坏情况下（功率开关被毁坏）隔离栅的可靠性。

<strong>简介</strong>

<strong>摘要</strong>

IGBT/功率MOSFET是一种电压控制型器件，可用作电源电路、电机驱动器和其它系统中的开关元件。栅极是每个器件的电气隔离控制端。MOSFET的另外两端是源极和漏极，而对于IGBT，它们被称为集电极和发射极。为了操作MOSFET/IGBT，通常须将一个电压施加于栅极（相对于器件的源极/发射极而言）。使用专门驱动器向功率器件的栅极施加电压并提供驱动电流。本文讨论栅极驱动器是什么，为何需要栅极驱动器，以及如何定义其基本参数，如时序、驱动强度和隔离度。

<strong>需要栅极驱动器</strong>

IGBT/功率MOSFET的结构使得栅极形成一个非线性电容。给栅极电容充电会使功率器件导通，并允许电流在其漏极和源极引脚之间流动，而放电则会使器件关断，漏极和源极引脚上就可以阻断大电压。当栅极电容充电且器件刚好可以导通时的最小电压就是阈值电压(VTH)。为将IGBT/功率MOSFET用作开关，应在栅极和源极/发射极引脚之间施加一个充分大于VTH 的电压。

带Microsemi模块的栅极驱动器板

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带Microsemi的栅极驱动板

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IGBT/功率 MOSFET 是一种电压控制型器件，可用作电源电路、电机驱动器和其它系统中的开关元件。
栅极是每个器件的电气隔离控制端。
MOSFET的另外两端是源极和漏极，而对于IGBT，它们被称为集电极和发射极。
为了操作MOSFET/IGBT，通常须将一个电压施加于栅极（相对于器件的源极/发射极而言）。使用专门驱动器向功率器件的栅极施加电压并提供驱动电流。
本文讨论栅极驱动器是什么，为何需要栅极驱动器，以及如何定义其基本参数，如时序、驱动强度和隔离度。

为什么需要栅极驱动器

IGBT/功率MOSFET的结构使得栅极形成一个非线性电容。给栅极电容充电会使功率器件导通，并允许电流在其漏极和源极引脚之间流动，而放电则会使器件关断，漏极和源极引脚上就可以阻断大电压。当栅极电容充电且器件刚好可以导通时的最小电压就是阈值电压(VTH)。为将IGBT/功率MOSFET用作开关，应在栅极和源极/发射极引脚之间施加一个充分大于VTH 的电压。

<strong>作者：Brian Kennedy</strong>

许多应用都采用隔离式半桥栅极驱动器来控制大量功率，从要求高功率密度和效率的隔离式DC-DC电源模块，到高隔离电压和长期可靠性至关重要的太阳能逆变器等等，不一而足。本文将详细阐述这些设计理念，以展现采用小型封装的隔离式半桥栅极驱动器IC在造就高性能方面的卓越能力。

采用光耦合器隔离的基本半桥驱动器(如图1所示)以极性相反的信号来驱动高端和低端N沟道MOSFET(或IGBT)的栅极，由此来控制输出功率。驱动器必须具备低输出阻抗以减少传导损耗，同时还须具有快速开关能力以减少开关损耗。出于精度和效率的考虑，高端和低端驱动器需要具备高度匹配的时序特性，以便减少在半桥的第一个开关关闭，第二个开关开启前的停滞时间。

LTC7000 是一款快速、受保护的高压侧 N 沟道 MOSFET 栅极驱动器，该器件包含一个内部充电泵，因而允许外部 N 沟道 MOSFET 无限期地保持导通。LTC7000 接收一个低电压数字输入信号，并能以 35ns 的传播延迟完全接通或关断一个其漏极可高出地电位达 135V 的高压侧 N 沟道 MOSFET。LTC7000 拥有针对电源、外部 MOSFET 和负载的保护功能，例如：过流跳变、故障标记、欠压和过压闭锁。

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