式栅驱动器的重要特

作者：Thomas Brand，ADI公司现场应用工程师

在功率电子（例如驱动）中，IGBT经常用作电压和电流开关。这些功率晶体管由电压，其主要损耗产生于开关期间。为了大程度减小开关损耗，要求具备较短的开关时间。然而，开关同时隐含着压瞬变的危险，这可能会影响甚至损坏处理器逻辑。因此，为IGBT提供合适栅信号的栅驱动器，还执行提供短路保护并影响开关速度的功能。然而，在选择栅驱动器时，某些特至关重要。

图1.式栅驱动器ADuM4135的简化原理图。

电流驱动能力

在开关期间，晶体管会处于同时施加了电压和电流的状态。根据欧姆定律，这将导致的损耗，具体取决于这些状态的持续时间（参见图2）。目标是要大程度地减小这些时间段。此处的主要影响因素是晶体管的栅电容，为实现开关必须对其进行充电/放电。较的瞬态电流会加速此过程。

图2.晶体管各个损耗分量的简化表示。

因此，能够在长时间内提供栅电流的驱动器对开关损耗能起到积作用。例如，ADI公司的ADuM4135可以提供4 A的电流。根据IGBT的不同，这可能会使开关时间处于很小的几ns范围内。

时序

开关时间小化的决定因素是输出上升时间(tR)、下降时间(tF)和传播延迟(tD)。传播延迟定义为输入沿到达输出所需的时间，并取决于驱动器输出电流和输出负载。传播延迟通常伴随脉冲宽度失真(PWD)，其为上升沿时延和下降沿时延之间的差值。：

因为驱动器通常具有多个输出通道，尽管采用相同的输入驱动，但仍会具有不同的响应时间，因此会产生小的附加偏置，即传播延迟偏斜(tSKEW)。

图3.具有多个输出的栅驱动器的时序行为。

图4.具有多个输出的栅驱动器的简单原理图。

耐受电压

在电力电子中，出于功能和考虑需要进行。由于采用了栅驱动器（例如在驱动中采用半桥拓扑形式），因此会与总线电压和电流接触，不可避免。功能方面的原因是功率的驱动通常发生在低压电路中，因此无法驱动半桥拓扑的开关，因为低端开关同时打开时，它的电位较。同时，在发生故障时压部分与电路的可靠，从而可以进行人为接触。式栅驱动器的介电强度通常为5kV(rms)/min 或。

抗扰度

恶劣的工业环境要求应用对干扰源具有佳抗扰度或。例如，RF噪声、共模瞬变和干扰磁场是关键因素，因为它们可以耦合到栅驱动器中，并且会激励功率，使其在不希望的时间内进行开关。式栅驱动器的共模瞬变抗扰度(CMTI)定义了抑制输入和输出之间共模瞬变的能力。例如，ADuM4121具有的大于150 kV/μs的规格值。

本文提到的参数栅驱动器规格的部分，并不完整列表。其他决定因素包括工作电压、电源电压、温度范围以及附加集成功能（如米勒箝位和去饱和保护）。因此，可根据应用需求选择大量不同的栅驱动器。

作者简介

Thomas Brand于2015年10月加入德国慕尼黑的ADI公司，当时他还在攻读硕士。2016年5月至2017年1月，他参加了ADI公司的现场应用工程师培训生计划。2017年2月，他开始担任现场应用工程师职位，主要负责工业大客户。此外，他还专注于研究工业以太网，并为中欧的相关事务提供支持。

他毕业于德国莫斯巴赫的联合教育大学电气工程，之后在德国康斯坦茨应用科学大学获得销售硕士学位。

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