如何选择门极驱动IC

如今，无论是集成在CPU中还是作为离散元件存在，晶体管都有各种形状和大小。任何晶体管都需要一些电流来在开启和关闭状态之间切换，从而允许电流流过设备。较大的晶体管，无论是从物理尺寸还是电流输出方面来说，都需要更多的切换功率。这种功率可以由门驱动IC提供，门驱动IC专门用于在控制器和功率晶体管之间提供缓冲。

并非所有应用都需要门驱动IC。高频应用可能包括一个优化的门驱动电路内置在收发器或其他射频组件中，以提供切换晶体管放大器所需的功率，包括在射频功率放大器中。这些组件是电源系统的一个组成部分，因为它们在提供所需的切换功率的同时，也保护了其他关键组件。以下是这些组件的工作原理以及如何选择门驱动IC。

为什么使用门驱动IC？

如上所述，门驱动IC为高功率晶体管（如IGBT或MOSFET）提供高电流，以便将其完全驱动到导电状态。这些组件从另一个组件（如MCU或其他控制器IC）接收低功率输入。这样，门驱动IC就像MCU和晶体管之间的缓冲器。下面展示了门驱动IC在信号链中的典型布局。

门驱动IC的信号链

尽管门驱动的基本目的是作为驱动大型晶体管的放大器，但使用专门的门驱动IC进行切换的更深层次原因是：

1. 减少负载晶体管的切换损耗

2. 减少负载晶体管的切换时间

3. 将晶体管完全驱动到导电/非导电状态

第三个目标，并非所有门驱动都提供，是在负载和控制器之间提供隔离。这是通过门驱动中的一个小型内部变压器提供的；这样的组件被称为隔离门驱动。

所有晶体管都具有一些非线性电容，即它们表现得像可变电容器。当负载晶体管被切换时，一些电荷会残留在门区域，使通道保持在其当前的非导电或导电状态。一旦应用了另一个电流脉冲，如果切换信号缓慢或以低电流运行，晶体管中可能会产生高热。以更高的电流应用切换信号可以提供更快的状态切换，损失更少。

上面所示的布局以及对高功率晶体管进行完全、快速调制的需求，使得门极驱动IC在任何需要完全切换和调制高功率负载的应用中变得重要。如果我们使用MCU来做这件事，MCU的大电流吸引可能会导致它过热并失败，因此需要门极驱动器。三个典型的应用是在开关式直流-直流转换器、功率逆变器和电机驱动电路中。

直流-直流转换

一旦门极驱动器从控制器接收到输入，它就会向单个晶体管或并联的多个晶体管输出高电流。注意，并联排列的晶体管在带有高电流输出的开关式直流-直流转换器中很常见，特别是使用IGBT或MOSFET。当一组大型晶体管需要几安培的电流才能完全切换到导电状态时，这种类型的系统是必需的，这在高功率转换器中是典型的。

就信号链中的位置而言，门极驱动器将位于反馈循环中，如下图所示。可以使用MCU来实现一个简单的控制算法，以提供稳定的电压输出，或者可以根据用户输入改变输出电压。在需要从转换器获得高电流调节的情况下，可能会在MCU/PWM驱动器之前的反馈循环中使用电流感测放大器，因为这可以为控制算法提供准确的电流测量。

直流-直流转换中的门极驱动IC反馈循环。

功率逆变器

这与直流-直流转换有关，尽管我们现在正在连续切换以产生振荡波形。在这个应用中需要隔离门极驱动器，以隔离直流源和控制器与输出端。在负载侧使用反相逻辑，而门极驱动器则被提供一个低电流振荡波形。

电机驱动电路

这个原理应用涉及到用PWM信号驱动的晶体管。在这种情况下，门极驱动器接收到PWM信号并输出一个放大的、高电流版本的PWM信号。然后将此信号发送到晶体管阵列以驱动电机。示例包括驱动步进电机和有刷电机。在这个应用中通常使用隔离门极驱动器，因为它们位于MCU/控制器和输出端的电机之间。

重要的门极驱动器规格

输出电流是您需要查看的最重要的规格，这个规格应该与您的晶体管规格进行比较。在选择门极驱动IC时，您应该检查的一些其他重要规格包括：

• 驱动器类型。 有四种类型的门驱动器：

• • 高侧：这些用于驱动连接到正电源轨道且没有接地参考连接的功率晶体管。

  • 低侧：这些用于驱动连接到负电源轨道且没有参考连接的晶体管。

  • 半桥：这些组件包含低侧和高侧驱动电路，使它们更加灵活。

  • 三相：这些门驱动器用于三相系统。

• 上升和下降时间。 这对于减少开关损耗很重要。特别是，具有更快上升/下降时间的开关将确保晶体管中的开关损耗更低。

• 最大频率。 在上述所有三个应用中这都很重要。

• 温度等级。 由于这些组件在高功率下工作，它们可能需要散热器进行冷却。

来自ON Semiconductor的FAN73912MX门驱动器IC就是一个可以以半桥配置连接的高功率组件的例子。下面显示的应用电路说明了如何将高功率门驱动器与控制器集成在高电压系统中。

FAN73912MX门驱动器IC应用电路。来自FAN73912MX数据手册。

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