适用于运动控制的栅极驱动电路有多重要？8家名企举例告诉你

完整的发动机控制系统包括电源、主机微控制器、栅极驱动器和半桥拓扑MOSFET。微控制器设置PWM占空比，并负责反馈或开环控制。在低电压项目中，栅极驱动器和MOSFET通常集成为一个单元。但是，对于高功率单元，两个单元是分开的，以便于热管理并最大程度地减少电磁干扰。

发动机控制系统中的栅极驱动器主要用于改善外部功率MOSFET的性能，以将电流馈送到电动机。栅极驱动器充当逻辑电平控制输入和功率MOSFET之间的中间级。

考虑到典型电路可以包括的各种外部MOSFET，栅极驱动器必须坚固且灵活，并且必须能够提供智能解决方案来正确驱动功率半导体。模块化电动机控制解决方案提供了另一种选择，并且市场上有各种各样的集成栅极驱动器，可提供高栅极驱动电压以确保MOSFET的内部电阻最小。

德州仪器

德州仪器（TI）的智能仪器驱动器提供了一种智能的解决方案，旨在驱动和保护功率MOSFET。该功能使设计人员可以优化EMI开关和性能，但也可以减少材料清单的数量并为MOSFET提供额外的保护。德州仪器（TI）的智能门极驱动器采用电流布局，可轻松控制MOSFET变化的速度。可调门驱动器的当前参数称为IDRIVE（图1）。

图1：TI的开关驱动器

DRV8323x系列提供三个独立的栅极驱动器，能够驱动高端和低端MOSFET对。栅极驱动器包括一个电荷泵，用于为高端晶体管生成升高的栅极电压（占空比支持高达100％），以及一个线性稳压器，用于为低端晶体管供电（图2）。

图2：DRV8323x的典型应用电路

意法半导体

ST栅极驱动器系列设计用于在高达600 V的高电压的恶劣工业环境中运行，从而保持了良好的抗噪性和较低的开关损耗。高压半桥驱动器L6491，L6494和L6498的电流容量高达4 A，因此特别适用于中容量和高容量电源开关。

L6385E是一款紧凑而直接的高压栅极驱动器，采用BCD™技术制成，能够驱动功率MOSFET或IGBT器件。高侧部分可以在最高600 V的电压轨上工作。L6385E器件提供两个输入引脚和两个输出引脚，并确保输出与输入同相交替。 L6385E的两个引导部分均配有UVLO保护，可确保对电源线的电压降提供更出色的保护（图3）。

图3：L6385E的框图

英飞凌

EiceDRIVER™栅极驱动器提供0.1 A至10 A的各种典型输出电流选项。强大的栅极驱动保护功能（例如快速短路保护（DESAT））使这些驱动器IC既适合硅电源也适合宽带电源供应，包括CoolGaN™和CoolSiC™。单通道电隔离栅极驱动器IC 1EDF5673K适用于具有非隔离栅极（二极管输入特性）和低阈值电压的增强模式（e模式）氮化镓（GaN）HEMT。 2ED020I06-FI是一款高压，高速功率MOSFET和IGBT驱动器，具有高脉冲电流缓冲级，旨在实现最小导通。所有逻辑输入均兼容3.3 V和5 V TTL。组合了传播延迟，以简化在高频应用中的使用（图4）。

图4：2ED020I06-FI的框图

Power Integrations

Power Integrations为电机驱动市场提供了高达6500 V的各种栅极驱动器解决方案。SID11x2K Scale iDriver是采用eSOP封装的单通道IGBT和MOSFET驱动器。创新的FluxLink技术提供增强的电绝缘。隔离的单极性电压源为栅极控制提供正电压和负电压。其他功能包括带有高级软关断（ASSD）的短路保护（DESAT）和最小电压模块（UVLO）。控制器信号（PWM和故障）与CMOS 5 V逻辑兼容，也可以通过使用外部电阻分压器将其调节至15 V电平（图5）。

图5：SID11x2K的典型应用电路

安森美半导体

安森美半导体的NCP510x器件是具有两个输出的高压栅极驱动器，用于直接驱动以半桥配置（版本B）或任何其他高端配置加上低端配置（版本A）排列的2个N沟道或IGBT功率MOSFET。 ）。自举技术用于确保正确驱动高端电源开关。先导电路使用两个独立的输入。

罗姆半导体

BM63764S-VC是一款600 V / 15 A智能IGBT（IPM）电源模块，用于采用25引脚HSDIP封装的高速开关单元。它由栅极驱动器，自举二极管，IGBT，飞轮二极管组成。使用了损耗小的IGBT，并且针对洗衣机或风扇电机等高速开关操作进行了优化。典型应用包括高速AC100至240 Vrms变频器（直流电压小于400 V），高速电机变频器。

Pre-Switch

PDEC1215A预驱动器是集成了ZVS电路的EconoDUAL™1200V IGBT 200A半桥栅极驱动器。该模块是与其他主要硬开关门驱动器兼容的即插即用驱动器。该系统的设计使工程师可以在产品开发之前在三相工业系统中测量预切换的系统级优势。预驱动提供较低的开关损耗，并能在Fsw 1-5Khz（图6）提供150A的完整工作电流。

图6：预驱动PDEC1215A

Analog Devices

ADuM4135是为绝缘栅双极型晶体管（IGBT）优化的单通道高压隔离栅驱动器。基于ADI公司的iCoupler®技术，ADuM4135提供从输入信号到输出门单元的隔离。

当栅极电压降至2 V以下时，ADuM4135栅极驱动器可通过单个电源轨提供强大的IGBT失活功能。集成的去饱和检测电路可防止IGBT在高压短路情况下工作（图7）。

图7：ADuM4135的框图

结论

MOSFET / IGBT是一种压控设备，在电机驱动电路中用作开关元件。栅极是每个设备的电隔离控制端子。专用驱动器用于施加电压并将驱动电流提供给电源设备的栅极。

发动机控制、智能电网和智能家居技术的采用增加，以及对高压设备的需求增加，促进了全球栅极驱动器市场的增长。用于不同可再生能源系统的功率晶体管的增加以及汽车的快速电气化将很快创造有利可图的机会。

本文编译自powerelectronicsnews。