[科普中国]-闸级驱动器-

闸级驱动器（gate driver）是一种功率放大器，可以让控制集成电路产生的小功率讯号来驱动功率晶体（例如IGBT或是功率级MOSFET）的闸极。闸级驱动器可能是附在功率晶体上，也有可能是独立的元件。闸级驱动器会包括位准转换器以及放大器电路。

简介闸级驱动器（gate driver）是一种功率放大器，可以让控制集成电路产生的小功率讯号来驱动功率晶体（例如IGBT或是功率级MOSFET）的闸极。闸级驱动器可能是附在功率晶体上，也有可能是独立的元件。闸级驱动器会包括位准转换器以及放大器电路。1

目的MOSFET和双极性晶体管不同，MOSFET在没有切换（切换导通或是切换关断）时，不需要固定的功率输入。MOSFET的隔离闸极会形成电容器（闸极电容），在每一次切换导通或关闭时，会需要充电或放电。晶体管的基极至少需要特定的电压才能导通，同様的，闸极电容需要一定的电压才能充电，让晶体导通。同样的，若要关断晶体，也需要释放电容器上的电荷，因此闸极电容也需要放电。

在功率晶体导通或是关断，不会立刻就切换到完全导通或是完全不导通的状态，切换过程中可能会有短暂时间通过大电流，且功率晶体上有较大的电压。因此在切换时会使晶体发热，若控制不当，甚至会破坏功率晶体。因此有需要使切换时间越短越好，以降低其切换损失。一般的切换时间约在微秒等级。晶体的切换时间和驱动闸极需要的电流成反比。因此切换电流一般会要求在数百mA的等级，甚至会到数安培的大小，因为一般的闸极电压会在10-15V之间，切换时会需要消耗数瓦特的功率。假如需要高速的切换大电流，例如直流-直流转换器或是大型的电动机，会将数个功率晶体并联，以提供够大的切换电流及功换功率。

功率晶体的切换信号一般是由逻辑电路或是单片机提供，其输出信号的电流一般会限制在数毫安。若功率晶体直接以此信号驱动，其切换速度会非常的慢，而且产生的切换损失很大。在切换时，闸极电容会快速的抽电流，可能会从逻辑电路或是单片机抽取过多的电流，造成元件的永久损坏。为了避免此一情形，会在逻辑电路及单片机输出电路和功率晶体之间加上闸级驱动器。

H桥的高电压端驱动器会使用电荷泵作为闸级驱动器，以切换高电压端n-channel的功率MOSFET及绝缘栅双极晶体管。使用这类元件的原因是其性能良好，但是需要比电源轨电压小一些的闸级电压。若半桥的中心点电压降低时，电容可以透过二极管充电，电荷会在稍晚时间驱动高电压端的FET闸极，使其电压略高于电源轨电压，使此导通。此法可以让桥式电路定期切换，也避免了隔离的电源供应器，也，可以在高电压端及低电压端都使用效率较好的n-channel元件。2

比较器比较器是通过比较两个输入端的电流或电压的大小，在输出端输出不同电压结果的电子元件。比较器常被用于模数转换电路中。

过零比较器过零比较器被用于检测一个输入值是否是零。原理是利用比较器对两个输入电压进行比较。两个输入电压一个是参考电压Vr，一个是待测电压Vu。一般Vr从正相输入端接入，Vu从反相输入端接入。根据比较输入电压的结果输出正向或反向饱和电压。当参考电压已知时就可以得出待测电压的测量结果，参考电压为零时即为过零比较器。

用比较器构造的过零比较器存在一定的测量误差。当两个输入端的电压差与开环放大倍数之积小于输出阈值时探测器都会给出零值。例如，开环放大倍数为10，输出阈值为6v时若两输入级电压差小于6微伏探测器输出零。这也可以被认为是测量的不确定度。

弛张振荡器比较器可以用于构造弛张振荡器，其中同时应用到了正反馈和负反馈。正反馈是一个施密特触发器，这样组成了一个多谐振荡器。而RC电路在其中增加了负反馈，导致电路开始自发振荡，使整个电路从锁存器变成了弛张振荡器。

电平转换器使用漏极开路的比较器可以构造电平转换器，用于改变信号电压。选择适当的上拉电压可以灵活地选择转换的电压值。

模数转换器比较器的作用是比较一个输入信号是否高于某一给定值，因此可以将输入的模拟信号转成二进制的数字信号。包括ΔΣ调制在内的几乎所有的数模转换器都含有比较器，用于对输入的模拟信号进行量化。3

放大器电路放大器电路，或称放大电路，能增加信号的输出功率。它透过电源取得能量来源，以控制输出信号的波形与输入信号一致，但具有较大的振幅。依此来讲，放大器电路亦可视为可调节的输出电源，用来获得比输入信号更强的输出信号。

放大器的四种基本类型是电压放大器、电流放大器、互导放大器和互阻放大器。进一步的区别在于输出是否是输入的线性或非线性表示。放大器也可以通过在信号链中的物理位置来分类。3