閘級驅動器

閘級驅動器（gate driver）是一種功率放大器，可以讓控制積體電路產生的小功率訊號來驅動功率晶體（例如IGBT或是功率級MOSFET）的閘極。閘級驅動器可能是附在功率晶體上，也有可能是獨立的元件。閘級驅動器會包括位準轉換器以及放大器電路。

基本介紹

• 中文名：閘級驅動器
• 外文名：gate driver
• 領域：電力

目的

MOSFET和雙極性電晶體不同，MOSFET在沒有切換（切換導通或是切換關斷）時，不需要固定的功率輸入。MOSFET的隔離閘極會形成電容器（閘極電容），在每一次切換導通或關閉時，會需要充電或放電。電晶體的基極至少需要特定的電壓才能導通，同様的，閘極電容需要一定的電壓才能充電，讓晶體導通。同樣的，若要關斷晶體，也需要釋放電容器上的電荷，因此閘極電容也需要放電。

在功率晶體導通或是關斷，不會立刻就切換到完全導通或是完全不導通的狀態，切換過程中可能會有短暫時間通過大電流，且功率晶體上有較大的電壓。因此在切換時會使晶體發熱，若控制不當，甚至會破壞功率晶體。因此有需要使切換時間越短越好，以降低其切換損失。一般的切換時間約在微秒等級。晶體的切換時間和驅動閘極需要的電流成反比。因此切換電流一般會要求在數百mA的等級，甚至會到數安培的大小，因為一般的閘極電壓會在10-15V之間，切換時會需要消耗數瓦特的功率。假如需要高速的切換大電流，例如直流-直流轉換器或是大型的電動機，會將數個功率晶體並聯，以提供夠大的切換電流及功換功率。

功率晶體的切換信號一般是由邏輯電路或是單片機提供，其輸出信號的電流一般會限制在數毫安。若功率晶體直接以此信號驅動，其切換速度會非常的慢，而且產生的切換損失很大。在切換時，閘極電容會快速的抽電流，可能會從邏輯電路或是單片機抽取過多的電流，造成元件的永久損壞。為了避免此一情形，會在邏輯電路及單片機輸出電路和功率晶體之間加上閘級驅動器。

H橋的高電壓端驅動器會使用電荷泵作為閘級驅動器，以切換高電壓端n-channel的功率MOSFET及絕緣柵雙極電晶體。使用這類元件的原因是其性能良好，但是需要比電源軌電壓小一些的閘級電壓。若半橋的中心點電壓降低時，電容可以透過二極體充電，電荷會在稍晚時間驅動高電壓端的FET閘極，使其電壓略高於電源軌電壓，使此導通。此法可以讓橋式電路定期切換，也避免了隔離的電源供應器，也，可以在高電壓端及低電壓端都使用效率較好的n-channel元件。

比較器

比較器是通過比較兩個輸入端的電流或電壓的大小，在輸出端輸出不同電壓結果的電子元件。比較器常被用於模數轉換電路中。

過零比較器

過零比較器被用於檢測一個輸入值是否是零。原理是利用比較器對兩個輸入電壓進行比較。兩個輸入電壓一個是參考電壓V_r，一個是待測電壓V_u。一般V_r從正相輸入端接入，V_u從反相輸入端接入。根據比較輸入電壓的結果輸出正向或反向飽和電壓。當參考電壓已知時就可以得出待測電壓的測量結果，參考電壓為零時即為過零比較器。

用比較器構造的過零比較器存在一定的測量誤差。當兩個輸入端的電壓差與開環放大倍數之積小於輸出閾值時探測器都會給出零值。例如，開環放大倍數為10，輸出閾值為6v時若兩輸入級電壓差小於6微伏探測器輸出零。這也可以被認為是測量的不確定度。

弛張振盪器

比較器可以用於構造弛張振盪器，其中同時套用到了正反饋和負反饋。正反饋是一個施密特觸發器，這樣組成了一個多諧振盪器。而RC電路在其中增加了負反饋，導致電路開始自發振盪，使整個電路從鎖存器變成了弛張振盪器。

電平轉換器

使用漏極開路的比較器可以構造電平轉換器，用於改變信號電壓。選擇適當的上拉電壓可以靈活地選擇轉換的電壓值。

模數轉換器

比較器的作用是比較一個輸入信號是否高於某一給定值，因此可以將輸入的模擬信號轉成二進制的數位訊號。包括ΔΣ調製在內的幾乎所有的數模轉換器都含有比較器，用於對輸入的模擬信號進行量化。

放大器電路

放大器電路，或稱放大電路，能增加信號的輸出功率。它透過電源取得能量來源，以控制輸出信號的波形與輸入信號一致，但具有較大的振幅。依此來講，放大器電路亦可視為可調節的輸出電源，用來獲得比輸入信號更強的輸出信號。

放大器的四種基本類型是電壓放大器、電流放大器、互導放大器和互阻放大器。進一步的區別在於輸出是否是輸入的線性或非線性表示。放大器也可以通過在信號鏈中的物理位置來分類。

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