门极驱动器的重要性

在所有功率电路中，硅碳（SiC）和氮化镓（GaN）开关器件是主要使用的组件。尽管它们在操作速度、处理的高电压、电流和低功耗方面具有优越的内在特性，但设计师将所有精力都放在了这些器件上，往往忽略了对相关驱动器的研究和开发。

 

一个良好的功率电路不仅由静态器件如SiC和GaN MOSFETs组成，还包含了门极驱动器。这是一个独立的元素，位于电子开关之前，确保以最佳方式为其提供驱动能量。实际上，不能仅仅将方波或矩形波直接发送到器件的门极端子。另一方面，必须适当时序地发送正确的电位，以确保振荡适用于各种组件，减少寄生元件，尽可能地取消功率损耗。因此，设计师在进行电路项目设计时，必须从最终负载的角度出发，分析并创造出一款能够以最优化的方式驱动功率组件的卓越门极驱动器。

一个非最优的驱动器不仅会导致重大的功率损失，而且不完美的同步往往会导致电路的异常运作，可能会破坏MOSFETs。它们是电压控制的设备，门极是其控制端子，与设备电气隔离。必须通过专门的驱动器在此端子上施加电压，使MOSFET工作。

MOSFET的门极实际上是一个非线性电容器。在门电容器上施加充电可以将设备置于“开”状态，允许电流在漏极和源极端子之间流动。相反，该电容器的放电将其置于“关”状态。为了使MOSFET工作，在门极和源极之间必须施加高于阈值电压（VTH），这是电容器充电并且MOSFET开始导电的最小电压。通常，数字系统（微控制器，MCU）不足以激活该设备，因此总是需要一个接口，即驱动器，来在控制逻辑和功率开关之间提供界面。

门极驱动器的主要功能之一是电平转换器。但是，门电容无法瞬间充电；需要一段时间才能完全充电。在这个时间内，尽管非常短暂，设备在高电流和电压下工作，以热量形式散发出高功率。不幸的是，这种能量是未使用的，构成了功率损失。因此，为了最大限度地减少开关时间并最小化这种时间损失，需要提供高电流暂态，以快速充电门电容。

市场提供了特殊电路，以最小化这一过渡期。如果驱动器可以提供更高的门电流，功率损失会因为功率暂态峰值的缩短而减少。总的来说，门极驱动器执行以下任务：

1.将电压级别转换，驱动门电容以满足电路的预期
 

2.最小化系统的开关时间

3.提供高电流，以快速充放电门电容

 

许多设计师犯了一个重大错误，通过MCU上的逻辑门直接驱动MOSFET。一方面，它可以提供正确的电压来驱动设备，但MCU的输出端口不允许高电流通过，仅限于提供几十毫安的电流。这导致门电容器充电非常慢，在某些情况下这是不可接受的。在许多情况下，直接从MCU驱动功率MOSFET可能会因过度电流抽取而过热和损坏控制器。相反，使用适当的门极驱动器，上升和下降时间被最小化，从而实现了效率更高、功率损耗极低的系统。

 

结论

用于SiC器件的门极驱动器比传统的复杂得多，因为它们还具有监测和保护功能。显然，在选择门极驱动器时还有许多其他考虑因素。例如，最好检查驱动器的绝缘性、定时参数和抗噪声性能等。最近，许多公司还采取了对新可配置驱动器的数字化方法。这样设计师就可以编程操作模式以控制电压水平和相应的工作时间。实践中，这些是能够控制任何电气行为而无需物理修改电路的可编程MCU。门极驱动器是也是科技的瑰宝，设计师应该投入所有必要的时间和资金进行研发。