MOSFET以及IGBT絕緣柵雙極性大功率管等器件的源極和柵極之間是絕緣的二氧化硅結(jié)構(gòu)，直流電不能通過(guò)，因而低頻的表態(tài)驅(qū)動(dòng)功率接近于零。但是柵極和源極之間構(gòu)成了一個(gè)柵極電容Cgs，因而在高頻率的交替開(kāi)通和需要關(guān)斷時(shí)需要一定的動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)功率。
小功率MOSFET的Cgs一般在10-100pF之內(nèi)，對(duì)于大功率的絕緣柵功率器件，由于柵極電容Cgs較大。一般在1-100nF之間，因而需要較大的動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)功率。更由于漏極到柵極的密勒電容Cdg，柵極驅(qū)動(dòng)功率往往是不可忽視的。
因IGBT具有電流拖尾效應(yīng)，在關(guān)斷時(shí)要求更好的抗干擾性，需要負(fù)壓驅(qū)動(dòng)。MOSFET速度比較快，關(guān)斷時(shí)可以沒(méi)有負(fù)壓，但在干擾較重時(shí)，負(fù)壓關(guān)斷對(duì)于提高可靠性有很大好處。
ADuM4120柵極驅(qū)動(dòng)器
隔離驅(qū)動(dòng)技術(shù)
1、光電耦合器隔離的驅(qū)動(dòng)器
光電耦合器的優(yōu)點(diǎn)是體積小巧，缺點(diǎn)是：A、反應(yīng)較慢，因而具有較大的延遲時(shí)間(高速型光耦一般也大于300ns);B、光電耦合器的輸出級(jí)需要隔離的輔助電源供電。
2、無(wú)源變壓器驅(qū)動(dòng)
用脈沖變壓器隔離驅(qū)動(dòng)絕緣柵功率器件有三種方法：無(wú)源、有源和自給電源驅(qū)動(dòng)。無(wú)源方法就是用變壓器次級(jí)的輸出直流驅(qū)動(dòng)絕緣柵器件，這種方法很簡(jiǎn)單也不需要單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)電源。
缺點(diǎn)是輸出波型失真較大，因?yàn)榻^緣柵功率器件的柵源電容Cgs一般較大。減小失真的辦法是將初級(jí)的輸入信號(hào)改為具有一定功率的大信號(hào)，相應(yīng)脈沖變壓器也應(yīng)取較大體積，但在大功率下，一般仍不令人滿意。
另一缺點(diǎn)是當(dāng)占空比變化較大時(shí)，輸出驅(qū)動(dòng)脈沖的正負(fù)幅值變化太大，可能導(dǎo)致工作不正常，因此只適用于占空比變化不大的場(chǎng)合。
3、有源變壓器驅(qū)動(dòng)
有源方法中的變壓器只提供隔離的信號(hào)，在次級(jí)另有整形放大電路來(lái)驅(qū)動(dòng)絕緣柵功率器件，當(dāng)然驅(qū)動(dòng)波形較好，但是需要另外提供單獨(dú)的輔助電源供給放大器。而輔助電源如果處理不當(dāng)，可能會(huì)引進(jìn)寄生的干擾。
4、調(diào)制型自給電源的變壓器隔離驅(qū)動(dòng)器
采用自給電源技術(shù)，只用一個(gè)變壓器，既省卻了輔助電源，又能得到較快的速度，當(dāng)然是不錯(cuò)的方法。目前自給電源的產(chǎn)生有調(diào)制和從分時(shí)兩種方法。
調(diào)制技術(shù)是比較經(jīng)典的方法，即對(duì)PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行高頻(幾個(gè)MHZ以上)調(diào)制，并將調(diào)制信號(hào)加在隔離脈沖變壓器初級(jí)，在次級(jí)通過(guò)直接整流得到自給電源，而原PWM調(diào)制信號(hào)則需經(jīng)過(guò)解調(diào)取得，顯然，這種方法并不簡(jiǎn)單。調(diào)制式的另一缺點(diǎn)是PWM的解調(diào)要增加信號(hào)的延時(shí)，調(diào)制方式適于傳遞較低頻率的PWM信號(hào)。
5、分時(shí)型自給電源的變壓器隔離驅(qū)動(dòng)器
分時(shí)技術(shù)是一種較新的技術(shù)，其原理是，將信號(hào)和能量的傳送采取分別進(jìn)行的方法，即在變壓器輸入PWM信號(hào)的上升和下降沿傳遞信息，在輸入信號(hào)的平頂階段傳遞驅(qū)動(dòng)所需要的能量。
由于在PWM信號(hào)的上升和下降沿只傳遞信號(hào)，基本沒(méi)有能量傳輸，因而輸出的PWM脈沖的延時(shí)和畸變都很小，能獲得陡峭的驅(qū)動(dòng)輸出脈沖。分時(shí)型自給電源驅(qū)動(dòng)器的不足是用于低頻時(shí)變壓器的體積較大，此外由于自給能量的限制，驅(qū)動(dòng)超過(guò)300A/1200V的IGBT比較困難。
下圖中顯示了ADuM4121柵極驅(qū)動(dòng)器的典型設(shè)置，采用半橋配置，采用功率MOSFET，適用于電源和電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用。在這樣的設(shè)置中，如果兩個(gè)Q1和 Q2同時(shí)打開(kāi)，由于電源和接地端子短路，有可能擊穿。這可能會(huì)永久損壞開(kāi)關(guān)甚至驅(qū)動(dòng)電路。為避免擊穿，必須在系統(tǒng)中插入死區(qū)時(shí)間，以便大大降低兩個(gè)開(kāi)關(guān)同時(shí)打開(kāi)的可能性。
在死區(qū)時(shí)間間隔內(nèi)，兩個(gè)開(kāi)關(guān)的柵極信號(hào)都很低，因此，開(kāi)關(guān)理想情況下處于關(guān)斷狀態(tài)。如果傳播延遲偏差較低，則所需的死區(qū)時(shí)間較低，并且控制變得更加可預(yù)測(cè)。具有更低的偏斜和更低的死區(qū)時(shí)間，可實(shí)現(xiàn)更平穩(wěn)、更高效的系統(tǒng)運(yùn)行。
柵極 隔離 驅(qū)動(dòng)
隔離：
它是系統(tǒng)中各種功能電路之間的電氣分離，使得它們之間沒(méi)有直接的傳導(dǎo)路徑可用。這允許單個(gè)電路具有不同的接地電位。信號(hào)和/或功率仍然可以使用電感、電容或光學(xué)方法在隔離電路之間傳遞。
對(duì)于具有柵極驅(qū)動(dòng)器的系統(tǒng)，出于功能目的，隔離可能是必要的，也可能是一項(xiàng)安全要求。在上圖中，我們可以有 V總線數(shù)百伏特，數(shù)十安培電流通過(guò) Q1或 Q2在給定時(shí)間。
如果該系統(tǒng)出現(xiàn)任何故障，如果損壞僅限于電子元件，則可能不需要安全隔離，但如果控制側(cè)有人為參與，則需要在高功率側(cè)和低壓控制電路之間進(jìn)行電氣隔離。它提供高壓側(cè)任何故障保護(hù)，因?yàn)楦綦x柵阻止電力到達(dá)用戶，盡管組件損壞或故障。
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