在功率電子（例如驅動(dòng)技術(shù)）中，IGBT經(jīng)常用作高電壓和高電流開(kāi)關(guān)。這些功率晶體管由電壓控制，其主要損耗產(chǎn)生于開(kāi)關(guān)期間。為了最大程度減小開(kāi)關(guān)損耗，要求具備較短的開(kāi)關(guān)時(shí)間。然而，快速開(kāi)關(guān)同時(shí)隱含著(zhù)高壓瞬變的危險，這可能會(huì )影響甚至損壞處理器邏輯。因此，為IGBT提供合適柵極信號的柵極驅動(dòng)器，還執行提供短路保護并影響開(kāi)關(guān)速度的功能。然而，在選擇柵極驅動(dòng)器時(shí)，某些特性至關(guān)重要。

 

 

 

圖1.隔離式柵極驅動(dòng)器ADuM4135的簡(jiǎn)化原理圖。

 

電流驅動(dòng)能力

在開(kāi)關(guān)期間，晶體管會(huì )處于同時(shí)施加了高電壓和高電流的狀態(tài)。根據歐姆定律，這將導致一定的損耗，具體取決于這些狀態(tài)的持續時(shí)間（參見(jiàn)圖2）。目標是要最大程度地減小這些時(shí)間段。此處的主要影響因素是晶體管的柵極電容，為實(shí)現開(kāi)關(guān)必須對其進(jìn)行充電/放電。較高的瞬態(tài)電流會(huì )加速此過(guò)程。

 

圖2.晶體管各個(gè)損耗分量的簡(jiǎn)化表示。

 

因此，能夠在更長(cháng)時(shí)間內提供更高柵極電流的驅動(dòng)器對開(kāi)關(guān)損耗更能起到積極作用。例如，ADI公司的ADuM4135可以提供高達4 A的電流。根據IGBT的不同，這可能會(huì )使開(kāi)關(guān)時(shí)間處于很小的幾ns范圍內。

 

時(shí)序

開(kāi)關(guān)時(shí)間最小化的決定性因素是輸出上升時(shí)間(tR)、下降時(shí)間(tF)和傳播延遲(tD)。傳播延遲定義為輸入沿到達輸出所需的時(shí)間，并取決于驅動(dòng)器輸出電流和輸出負載。傳播延遲通常伴隨脈沖寬度失真(PWD)，其為上升沿時(shí)延和下降沿時(shí)延之間的差值。：

 

 

因為驅動(dòng)器通常具有多個(gè)輸出通道，盡管采用相同的輸入驅動(dòng)，但仍會(huì )具有不同的響應時(shí)間，因此會(huì )產(chǎn)生小的附加偏置，即傳播延遲偏斜(tSKEW)。

 

圖3.具有多個(gè)輸出的柵極驅動(dòng)器的時(shí)序行為。

 

圖4.具有多個(gè)輸出的柵極驅動(dòng)器的簡(jiǎn)單原理圖。

 

隔離耐受電壓

在電力電子中，出于功能和安全考慮需要進(jìn)行隔離。由于采用了柵極驅動(dòng)器（例如在驅動(dòng)技術(shù)中采用半橋拓撲形式），因此會(huì )與高總線(xiàn)電壓和電流接觸，隔離不可避免。功能方面的原因是功率級的驅動(dòng)通常發(fā)生在低壓電路中，因此無(wú)法驅動(dòng)半橋拓撲的高端開(kāi)關(guān)，因為低端開(kāi)關(guān)同時(shí)打開(kāi)時(shí)，它的電位較高。同時(shí)，隔離代表在發(fā)生故障時(shí)高壓部分與控制電路的可靠隔離，從而可以進(jìn)行人為接觸。隔離式柵極驅動(dòng)器的介電強度通常為5kV(rms)/min[LZ1] 或更高。

 

抗擾度

惡劣的工業(yè)環(huán)境要求應用對干擾源具有最佳抗擾度或抗干擾性。例如，RF噪聲、共模瞬變和干擾磁場(chǎng)是關(guān)鍵性因素，因為它們可以耦合到柵極驅動(dòng)器中，并且會(huì )激勵功率級，使其在不希望的時(shí)間內進(jìn)行開(kāi)關(guān)。隔離式柵極驅動(dòng)器的共模瞬變抗擾度(CMTI)定義了抑制輸入和輸出之間共模瞬變的能力。例如，ADuM4121具有出色的大于150 kV/μs的規格值。

 

本文提到的參數僅代表柵極驅動(dòng)器規格的一部分，并不代表完整列表。其他決定性因素包括工作電壓、電源電壓、溫度范圍以及附加集成功能（如米勒箝位和去飽和保護）。因此，可根據應用需求選擇大量不同的柵極驅動(dòng)器。