在功率電子(例如驅動技術)中,IGBT經常用作高電壓和高電流切換開關,這些功率電晶體由電壓控制,其主要損耗產生於開關期間。為了最大程度減小切換開關損耗,要求具備較短的開關時間,然而快速切換開關同時隱含著高壓瞬變的危險,這可能會影響、甚至損壞處理器邏輯。因此,能為IGBT提供適合閘極訊號的閘極驅動器,可執行提供短路保護且影響開關速度的功能。然而在選擇閘極驅動器時,某些特性至關重要。

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圖1:隔離式閘極驅動器ADuM4135的簡化原理圖。

電流驅動能力

在切換開關期間,電晶體會處於同時施加了高電壓和高電流的狀態;根據歐姆定律,這將導致一定的損耗,具體則取決於這些狀態之持續時間(參考圖2)。目標是要最大程度地減小這些時間段。此處的主要影響因素是電晶體的閘極電容,為實現開關必須對其進行充電/放電;較高的瞬態電流會加速此過程。

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圖2:電晶體各個損耗分量的簡化表示。

因此,能夠在更長時間內提供更高閘極電流的驅動器,對開關損耗更能發揮積極的作用。例如,ADI 的ADuM4135可以提供高達4 A的電流。根據IGBT的不同,這可能會使切換開關時間處於很小的幾ns範圍內。

時序

切換開關時間最小化的決定性因素是輸出上升時間(tR)、下降時間(tF)和傳播延遲(tD)。傳播延遲定義為輸入緣到達輸出所需的時間,並取決於驅動器輸出電流和輸出負載。傳播延遲通常伴隨脈衝寬度失真(PWD),其為上升緣時延和下降緣時延之間的差值:

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因為驅動器通常具有多個輸出通道,儘管採用相同的輸入驅動,但仍會具有不同的回應時間,因此會產生小的附加偏置,即傳播延遲偏斜(tSKEW)。

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圖3:具有多個輸出的閘極驅動器的時序行為。

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圖4:具有多個輸出的閘極驅動器的簡單原理圖。

隔離耐受電壓

在電力電子中,出於功能和安全考慮需要進行隔離。由於採用了閘極驅動器(例如在驅動技術中採用半橋拓撲形式),因此會與高匯流排電壓和電流接觸,隔離不可避免。功能方面的原因是功率級的驅動通常發生在低壓電路中,因此無法驅動半橋拓撲的高端開關...

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