本文来自微信公众号： 电子工程世界 配资炒股的注意事项，作者：冀凯
在新能源汽车、光伏逆变器、工业电机控制等"高效能源转换"场景中，如果说功率器件是能量传输的核心载体，那么驱动技术则是决定功率器件性能发挥的"神经中枢"。它不仅要实现"控制信号到功率信号"的精准放大，还要兼顾可靠性、效率与成本平衡，已成为制约电力电子系统升级的关键环节。
栅极驱动器是低压控制器和高压电路之间的缓冲电路，用于放大控制器的控制信号，从而实现功率器件更有效的导通和关断。很多高功率主流应用都需要 MCU 来控制开关的导通和关断。由于工艺节点较小，当代 MCU 的 I/O 总线限制为 1.8V 或 3.3V。需要栅极驱动器来提供足够的电压，从而实现开关的导通和关断。
栅极驱动器的作用，是将控制器的低压信号转化为更高电压的驱动信号，以实现功率器件稳定导通和关断。栅极驱动器能提供瞬态的拉和灌电流，提高功率器件的开关速度，降低开关损耗。并能够有效隔绝高功率电路的噪声，防止敏感电路被干扰。此外，通常驱动器集成了保护功能，可有效防止功率器件损坏。
每个开关都需要一个合适的驱动器。栅极驱动器 IC 充当控制信号（数字或模拟控制器）和功率开关（IGBT、MOSFET、SiC MOSFET 和 GaN HEMT）之间的接口。与分立式栅极驱动器解决方案相比，集成栅极驱动器 IC 可降低设计复杂性、缩短开发时间、减少物料清单 ( BOM ) 和电路板空间，同时提高可靠性。
也正因此，越来越多的集成隔离、保护、智能诊断甚至动态驱动能力的芯片变得流行。
栅极驱动器在 MOSFET 开 / 关操作中的驱动方式和电流路径。MOSFET 模型包括寄生电容，如 CGD 和 CGS，它们必须充电和放电。
驱动技术核心组成
功率器件驱动的本质，是通过驱动电路为功率器件的栅极（或基极）提供符合需求的电压 / 电流信号，实现器件的"导通"与"关断"控制，其核心逻辑可拆解为三大模块：
信号隔离模块
功率回路（高电压、大电流）与控制回路（低电压、小电流）需严格隔离，避免相互干扰导致器件损坏或系统误动作。目前主流隔离方案分为三类：
光电隔离：通过光耦实现信号传输，成本低、技术成熟，但存在传输延迟（典型 50-200ns）、温漂大等问题，适用于中低速场景（如工业变频器）。
磁隔离：基于磁耦合原理（如隔离式 DC/DC、数字隔离器），传输延迟可低至 10ns 以下，抗干扰能力较差，EMI 高，并且高误码率。
电容隔离：利用电容耦合传递信号，传输延迟极短（可达 ns 级）、温漂小，高频特性优异，具有高共模抑制，低辐射，低误码率特点，但是功耗略高。
栅极驱动模块
根据功率器件类型（IGBT/SiC/GaN）匹配栅极电荷需求：
IGBT 驱动：需提供足够的栅极充电电流（通常 1-10A），避免导通延迟过长导致开关损耗增加，同时需在关断时快速抽取栅极电荷，抑制电压尖峰；
SiC/GaN 驱动：由于器件栅极阈值电压低（SiC 约 2-4V，GaN 约 1.5-3V）、输入电容小，需更精准的电压控制（避免过压击穿）和更快的开关速度（适配高频工况），部分方案还需集成负压关断功能，防止器件误导通。
保护模块
保护模块分为普通保护和智能保护两部分。
普通保护只有欠压保护、死区时间保护、过流过压过热等；而智能栅极驱动集成了米勒钳位、退饱和保护、软关断电流、电源告警上报等复杂的保护功能。
如图所示，纳芯微总结了关于栅极驱动的关键参数。
米勒钳位的重要性
米勒钳位在高压、高速的开关瞬态中扮演着至关重要的角色。其核心使命，就是通过实时抑制因桥臂串扰引发的栅极电压正向抬升（防误导通）与负向过冲（防栅极损伤），从根本上保障系统的可靠性与运行效率。那么，实现这一关键功能的设计精髓何在？答案清晰而直接：为干扰电流额外开辟一条独立、快速的低阻抗泄放路径，从而将栅极电压牢牢钳位在安全的稳定区间内。
驱动器的主要供应商
驱动器本质上来说，也是一种电源，因此各大电源厂商都有着相关的产品提供，特别的是，由于驱动器和功率器件二者关系紧密，因此主流的功率器件厂商都希望结合自身的驱动器进行销售。
英飞凌
作为全球功率半导体领域的领军企业，英飞凌 EiceDRIVER 系列栅极驱动器极具代表性。全面的栅极驱动集成电路产品组合，提供 0.1A 至 18A 的典型输出电流选项。另外，栅极驱动器集成了多种保护功能，包括快速短路保护（DESAT）、有源米勒钳位、交叉导通保护、故障保护、关断保护及过流保护，使其适用于硅基及宽禁带功率器件，包括 CoolGaN（氮化镓）及 CoolSiC（碳化硅）器件。
英飞凌凭借数十年的应用专业经验和技术研发积累，打造了涵盖从简易高性价比方案到全功能高端产品的栅极驱动集成电路产品组合，具有四大核心技术。
无芯变压器（CT）技术是一种磁耦合式隔离技术，集成了片上变压器。该变压器负责在输入芯片与输出芯片之间传输开关信息及信号。这类栅极驱动器功能基础、具备强化隔离特性，已通过 UL 及 VDE 认证。
电平位移绝缘体上硅（SOI）技术支持坚固耐用的高压单片集成电路设计。SOI 技术可提供低阻抗集成自举二极管，能抵御负瞬态电压尖峰，且可消除引发闩锁效应的寄生晶体管。
电平位移结隔离（JI）技术是经行业验证的标准 MOS/CMOS 工艺。高压集成电路（HVIC）及抗闩锁 CMOS 技术支持单片结构设计，实现了性能与价格的最优平衡。
非隔离（N-ISO）技术可支持最高 35V 的单片式地参考栅极驱动器。
EiceDRIVER™ 栅极驱动器具备多种先进特性，包括集成自举二极管（BSD）、过流保护、关断功能、故障报告、使能控制、输入滤波、运算放大器（OPAMP）、去饱和检测（DESAT）、可编程死区时间、交叉导通保护、有源米勒钳位、主动关断、独立灌 / 拉输出、短路钳位、软关断、两级关断、压摆率控制、电隔离（功能隔离、基本隔离及强化隔离）等。
ADI
ADI 表示，选择栅极驱动器 IC 时，工程师必须考虑若干关键因素。其中一些因素可能与具体应用有关，比如在太阳能转换应用中，栅极驱动器可能会遇到各种各样的输入电压和功率需求。
高端电压：根据具体应用，高端 MOSFET 将承受全部电源电压，为此，栅极驱动器必须具有较高的安全裕度。
共模瞬变抗扰度 ( CMTI ) ：快速开关操作会产生高噪声电平，并且高端和低端 MOSFET 之间的电压差可能较高，因此选择具有高瞬态抗扰度特性的栅极驱动器至关重要。
峰值驱动电流：对于较高功率的设计，栅极驱动器需要向 MOSFET 提供高峰值电流，以便对栅极电容快速充电和放电。
死区时间：为了防止 MOSFET 因同时导通而被击穿，半桥电路的高端和低端开关之间须设置短暂的死区时间，这非常关键。强烈建议选择可配置死区时间的栅极驱动器，以实现更佳效率。有些栅极驱动器包含默认死区时间，以防止击穿故障。
ADI 总结了驱动器选型的各种指标，包括驱动强度、时序、隔离、抗扰度几个重要指标，此外还包括其他指标，如电源电压、容许温度、引脚排列等，这些是每个电子器件的共同考虑因素。一些驱动器，如 ADuM4135 和 ADuM4136，也包含保护功能或先进的检测或控制机制。
ADuM4135 采用了 ADI 公司的 iCoupler® 技术，提供最高达 100 kV/μs 的共模瞬变抗扰度，能够应对此类应用。但是，提高 CMTI 性能往往会产生额外的延迟。延迟增加意味着高端和低端开关之间的死区时间增加，这会降低性能。在隔离式栅极驱动器领域尤其如此，因为在此类领域中，信号在隔离栅上传输，一般具有更长时间的延迟。但是，ADuM4135 不仅提供 100 kV/μs CMTI，而且其传播延迟仅为 50 ns。
ADuM4135
德州仪器
德州仪器拥有完整的栅极驱动组合。
德州仪器推出了栅极驱动强度动态可调的驱动器。
虽然 SiC MOSFET 更高效，但是就像任何其他晶体管一样，它们在开关时会产生一些功率损耗，而这些功率损耗会影响牵引逆变器的效率。在开关瞬变期间，电压和电流边沿会重叠并产生功率损耗。高栅极驱动器输出电流可以对 SiC FET 栅极进行快速充放电，从而实现较低的功率损耗。然而，开关行为会在温度、电流和电压范围内发生变化，因此以尽可能快的速度进行开关并非尽如人意。SiC FET 上电压的快速转换（称为漏源电压 ( VDS ) 的瞬态电压 ( dv/dt ) ）会以传导接地电流形式产生电压过冲和电磁干扰 ( EMI ) 。鉴于绕组间的电容可能发生短路，电机本身会受到高 dv/dt 的影响。栅极驱动器电路可以控制功率损耗和开关瞬态。
通过使用栅极电阻来控制栅极驱动器的输出拉电流和灌电流，有助于优化 dv/dt 和功率损耗之间的权衡。可调输出驱动强度的栅极驱动器，可以针对温度和电流范围内的 SiC MOSFET 压摆率变化进行优化。
可调节功能对牵引逆变器性能有利，因为它能够实现更低的 EMI 和更低的损耗，进而提高效率来帮助延长行驶里程。TI 的 UCC5870-Q1 和 UCC5871-Q1 栅极驱动器具有 30A 驱动强度，因此可以非常方便地基于更改和优化栅极电阻来实现可调栅极驱动解决方案。此外，它们具有电隔离牵引逆变器和 100kV/µs CMTI，因此可以在采用快速开关 SiC 技术的高压应用中轻松地使用。
安森美
栅极驱动器的设计可确保电源应用中使用的 MOSFET 安全运行。选择栅极驱动器时需要考虑的因素包括：
米勒电容 ( CDG ) 与寄生导通 ( PTO )
SiC MOSFET 容易产生寄生导通 ( PTO ) ，这是由于米勒电容 CDG 在开关过程中将漏极电压耦合到栅极。当漏极电压上升时，该耦合电压可能会短暂超过栅极阈值电压，使 MOSFET 导通。在同步降压转换器等电路中，MOSFET 通常成对使用，其中有一个高压侧和一个低压侧 MOSFET，而 PTO 会导致这些电路中的"直通"（shoot-through）导通。
当高压侧和低压侧 MOSFET 同时导通时，就会发生直通导通，导致高压通过两个 MOSFET 短路到 GND。这种直通的严重程度取决于 MOSFET 的工作条件和栅极电路的设计，关键因素包括总线电压、开关速度， ( dv/dt ) 和漏极 - 源极电阻 ( RDS ( ON ) ) 。在最坏的情况下，PTO 会引发灾难性的后果，包括短路和 MOSFET 损坏。
与 PCB 布局和封装有关的寄生电容和电感也会加剧 PTO。
栅极驱动器电压范围
栅极驱动的正电压应足够高，以确保 MOSFET 能够完全导通，同时又不超过最大栅极电压。在使用碳化硅 MOSFET 时，必须考虑到它们通常需要比硅 MOSFET 更高的栅极电压。同样，虽然 0 V 的电压足以确保硅 MOSFET 关断，但通常建议 SiC 器件采用负偏置电压，以消除寄生导通的风险。在关断过程中，允许电压向下摆动到 -3 V 甚至 -5 V，这样就有了一定的余量或裕度，可以避免在某些情况下触发 VGS ( TH ) ，从而意外导通器件。以这种方式负偏置栅极电压还能降低 MOSFET 的 EOFF 损耗。例如在驱动安森美的第 2 代 "EliteSiC M3S " 系列 SiC MOSFET 时，将关断电压从 0 V 降到 -3 V，可将 EOFF 损耗降低 25%。
负栅极偏置（来源： AND90204/D ）
RDS ( ON ) 是当器件通过施加到栅极上的特定栅极到源极电压（VGS）导通时，MOSFET 的漏极和源极之间的电阻。随着 VGS 的增加，RDS ( ON ) 通常会减小，一般来说，RDS ( ON ) 越小越好，因为 MOSFET 被用作开关。总栅极电荷 QG ( TOT ) 是使 MOSFET 完全导通所需的电荷，单位为库仑，通常与 RDS ( ON ) 成反比。QG ( TOT ) 电荷由栅极驱动器提供，因此驱动器必须能够提供拉灌所需的电流。
优化功率损耗
要利用碳化硅 MOSFET 降低开关损耗，设计人员需要注意权衡考虑多方面因素。SiC MOSFET 的总功率损耗是其导通损耗和开关损耗之和。导通损耗的计算公式为 ID2*RDS ( ON ) ，其中 ID 为漏极电流，选择 RDS ( ON ) 较低的器件可将导通损耗降至最低。然而，由于上述 QG ( TOT ) 与 RDS ( ON ) 之间的反比关系，较低的 RDS ( ON ) 值要求栅极驱动器具有较高的拉电流和灌电流。换句话说，当设计人员选择 RDS ( ON ) 值较低的 SiC MOSFET 来减少大功率应用中的导通损耗时，栅极驱动器的拉电流（导通）和灌（关断）电流要求也会相应增加。
SiC MOSFET 的开关损耗更为复杂，因为它们受到 QG（TOT）、反向恢复电荷 ( QRR ) 、输入电容 ( CISS ) 、栅极电阻 ( RG ) 、EON 损耗和 EOFF 损耗等器件参数的影响。开关损耗可以通过提高栅极电流的开关速度来降低，但与此同时，较快的开关速度可能会带来不必要的电磁干扰（EMI），特别是在半桥拓扑结构中，在预期的开关关断时还可能触发 PTO。如上所述，还可以通过负偏置栅极电压来降低开关损耗。
安森美 NCP ( V ) 51752 系列隔离式 SiC 栅极驱动器专为功率 MOSFET 和 SiC MOSFET 器件的快速开关而设计，拉电流和灌电流分别为 4.5 A 和 9 A。NCP ( V ) 51752 系列包括创新的嵌入式负偏压轨机制，无需系统为驱动器提供负偏压轨，从而节省了设计工作和系统成本。
罗姆
罗姆最新推出的 BM6GD11BFJ-LB 是一款专为高压 GaN HEMT 定制的隔离式栅极驱动器 IC。这款紧凑型驱动器专为高达 2MHz 的开关频率而设计，并支持低至 65ns 的最小输入脉冲宽度，可释放 GaN 所需的速度和效率，同时提高高性能应用中的安全性、信号完整性和设计简单性。针对氮化镓电源应用优化的开关器件与硅或 SiC 晶体管不同，GaN HEMT 需要极快和精确的栅极驱动特性才能充分发挥其效率潜力。罗姆的 BM6GD11BFJ-LB 专为应对这一挑战而设计，以高达 2MHz 的速度提供可靠的开关。其电流隔离栅耐压高达 2500Vrms，即使在高压设计中也能确保控制域和电源域之间的安全信号传输。
该器件支持 4.5V 至 6.0V 之间的栅极电压，非常适合全面增强大多数 GaN 器件。主要增强功能包括最大输入到输出延迟仅为 60ns，最小输入脉冲宽度为 65ns，比罗姆的上一代产品缩短 33%，使其适用于激进的占空比开关，而不会失去控制保真度。结合在 -40°C 至 +125°C 的宽温度范围内运行的能力，它非常适合恶劣的工业和商业环境。
意法半导体
意法半导体最新推出了 STDRIVEG210 和 STDRIVEG211 半桥 GaN 栅极驱动器是为工业或电信设备母线电压供电系统、72V 电池系统和 110V 交流电源供电设备专门设计，电源轨额定最大电压 220V，片上集成线性稳压器，为上下桥臂提供 6V 栅极驱动信号，拉电流和灌电流路径采用分开独立设计，可以灵活控制 GaN 的开通和关断。
STDRIVEG210 主打功率变换应用，例如，服务器电源、电池充电器、电源适配器、太阳能微型逆变器和功率优化器、LED 灯具、USB-C 电源。谐振和硬开关两种拓扑均适用，300ns 启动时间大幅缩短唤醒时间，在间歇工作（突发模式）期间，效果尤为显著。
STDRIVEG211 配备过流检测和智能关断功能，适用于除电源应用以外的电动工具、电动自行车、泵、伺服等电机驱动和 D 类音频放大器。两款器件都集成自举二极管，可轻松为上桥臂驱动器供电，从而简化系统电路设计，尽可能降低物料清单成本（BOM）。栅极驱动路径采用分开独立设计，拉电流 2.4A，灌电流 1.0A，确保开关转换快，方便优化 dV/dt 参数。保护功能包括防止交叉导通的互锁功能。上下桥臂驱动器的传输延时都很短，匹配时间为 10ns，可降低半桥的死区时间。欠压锁定（UVLO）功能可防止器件进入低效率或危险工况，而面向电机驱动应用的 STDRIVEG211 还具有额外的上桥臂 UVLO 保护功能。两款器件还具有过热保护功能和高达 ±200V/ns 的 dV/dt 抗扰度，而高达 20V 的输入电压容差有助于简化控制器接口电路。待机引脚有助于简化电源管理设计，独立的电源接地引脚方便设计更好的开尔文源极栅极驱动或电流分流检测电路。
纳芯微
截至目前，纳芯微栅极驱动产品累计出货量超 11 亿颗，其中新能源汽车领域约 3.9 亿颗，广泛应用于电驱、OBC/DCDC 等核心系统，在国内电驱市场份额位居第一。
近期，由工业和信息化部指导、中国汽车工程学会组织编制的《节能与新能源汽车技术路线图 3.0》（以下简称"路线图 3.0 "）正式发布。
在驱动芯片领域，路线图明确了技术发展方向：产品将向高性能、集成化、高可靠性与高安全性演进。比如，栅极驱动的关键技术趋势包括提升驱动电流能力，提供智能驱动电流调节和共模瞬变抗干扰度。此外，在工艺上还将攻关垂直 MOS 工艺、垂直 BCD 工艺及车规耐高压工艺等，预计到 2040 年通过设计与工艺优化实现桥驱与高边导通内阻进一步降低，全面支持 48V 系统。
近年来，SiC 碳化硅器件因其高耐压、高开关速度、低损耗、高过载能力等优势开始崭露头角。随着光伏与储能系统的持续进化与 SiC 器件的持续普及，下一代的光伏与储能逆变器系统将更为广泛地应用 SiC 器件。针对 SiC 特性，纳芯微推出了优化的隔离栅极驱动解决方案（如 NSI660x 系列），能够满足系统高压、高效率升级需求。纳芯微同时还提供电流型输入的隔离栅极驱动器（如 NSI6801 系列），以高速响应、高拉灌电流能力以及强抗扰能力应对更复杂的电磁环境与设计，确保整机系统的高效稳定运行。
总结
栅极驱动技术是高效能源控制的核心，它通过精准放大控制信号、优化开关速度与损耗，并集成多重保护配资炒股的注意事项，确保功率器件（如 IGBT、SiC/GaN）的可靠运行。随着新能源和工业应用对性能要求的提升，驱动技术正朝着高频化、集成化和宽禁带适配的方向快速发展，成为电力电子系统升级的关键。
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