內(nèi)燃機(ICE)、混合動力汽車以及電動汽車繼續(xù)推動新型功率半導體支持技術的發(fā)展。低壓和高壓應用中的功率器件需要以逐漸增加的頻率運行、具有更強的抗干擾能力和更高的效率。擴展MOSFET和IGBT器件在負載管理、功率逆變器、柴油/汽油噴油器、發(fā)動機閥和電機驅動器方面的用途，使得車用柵極驅動器的需求日益增長。

HEV/EV汽車的電氣結構在所有原始設備制造商中逐漸協(xié)調(diào)。常見構建模塊反過來推動半導體制造商開發(fā)符合汽車標準(AECQ100和Q101)的新一代元件。穩(wěn)健的高電流、高電壓MOSFET、IGBT、高電壓整流器和支持控制IC都不再罕見。飛兆半導體的AECQ100柵極驅動器系列包括所有高電流低端、高電壓IC(HVIC)、高端和HVIC半橋(高和低)端柵極驅動器以適應廣泛應用。

飛兆半導體汽車柵極驅動器產(chǎn)品組合的最新成員將HVIC產(chǎn)品線擴展到逆變器和電機驅動應用所需的高峰值電流范圍。FAN7171_F085高邊和FAN7190_F085高邊和低邊柵極驅動器IC都是使用高達+600V電壓進行操作的單片器件車用系統(tǒng)中需要各類柵極驅動器的常用拓撲結構現(xiàn)在正在研發(fā)。

高電流低邊柵極驅動器

從壓電式噴油器到低功率轉換器的接地源電路中，低邊柵極驅動器常用于驅動MOSFET單柵極驅動器和雙柵極驅動器均采用業(yè)界標準引腳，可選擇輸入邏輯電平(CMOS或TTL)，使能或禁用電路，以及雙邏輯輸入。飛兆半導體車用低端柵極驅動器的輸出階段利用Miller Drive TM架構，該架構包括一個與MOSFET并聯(lián)的雙極型器件。(圖1)該雙極型器件旨在提供高峰值電流，用于在開啟或關斷周期內(nèi)加速通過米勒效應平臺區(qū)域的轉換。并聯(lián)MOSFET提供最低電壓降。

圖1高電流低邊柵極驅動器的MillerDriveTM架構輸出級

常見用途包括升壓轉換器中的前端MOSFET，為接地源配置中的器件和MOSFET充電的PFC前端的MOSFET和IGBT。

雙通道2A和雙通道4A低邊器件在50W到500W的AC功率轉換器的第一階段很常用，使用頻率范圍從50kHz到50kHz的標準拓撲結構?？芍苯釉?2V電池電源中工作的最常見拓撲是推挽結構。輸出電壓通常在170Vdc到280Vdc之間。額定功率為200w或更高升壓轉換器的另一項應用是用作HEV/EV高壓電軌應急電源，僅用12V的電源就能夠有效“啟動”故障車輛。

圖2推挽前端與同步整流器輸出

低功率轉換器通常使用簡單整流器進行輸出。然而，高壓整流器可用同步整流代替，實現(xiàn)更高輸出功率和更高效率，如圖2所示，使用諸如FAN3227_F085等雙通道低邊高電流柵極驅動器驅動MOSFET。

HVIC半橋和高邊驅動器

使用小于1A的峰值輸出電流的車用HVIC驅動器將會逐漸增多。這些驅動器可用于高達600V的高壓負載。從低壓電池以12V或24V運行低壓負載也是很經(jīng)濟的。帶有適當柵極電阻網(wǎng)絡的較低輸出電流可提供更低的PWM電磁輻射，從幾百赫茲到幾十千赫茲。

使用HVIC時，即使在較低電壓(12V或24V)情況下，使用高邊驅動器，半橋、全橋和多相橋來驅動負載仍具有實用價值和經(jīng)濟意義。除了HEV/EV外，如電動助力轉向中，這一拓撲得到充分體現(xiàn)。圖3顯示了一個用于單端負載PWM的通用半橋配置，可進行有效再循環(huán)。此半橋拓撲可用于接地負載或連接電池的負載，以及其它各種電源電壓。全橋或多相配置可用于往復雨刷、可逆流動循環(huán)泵和雙向冷卻風扇。

圖3 HVIC半橋[!--empirenews.page--]

在中壓應用(V_Load約為100V)中，如一些柴油噴射應用，高邊HVIC柵極驅動器可提供卓越的性能。FAN7081_GF085、FAN7083_GF085和FAN7085_GF085都比較適合此類市場。在一些負載主要是電容性的負載配置中，在每個周期中，建立升壓電容自舉電壓可能需要一個DC再充電路徑。FAN7085_GF085為該負載配置提供了特殊功能，通過內(nèi)部延遲來防止再充電路徑中的擊穿傳導。

圖4 HVIC高邊及Vboot再充電功能

HVIC高電流驅動器

高功率DC/DC轉換器在HEV/EV電氣系統(tǒng)中比較常見。這些通常都是全橋前端驅動的正向轉換器。關鍵特性包括：

1. 主牽引升壓轉換器，將主要電池從特定充電電壓(大約150V到300V)提升至驅動電壓，可能是600V或者更高。額定功率由車輛牽引功率決定。

2. 用于附件的降壓轉換器，代替HEV/EV汽車的交流發(fā)電機和12V/24V電池，驅動照明、雨刷、HVAC、除霜裝置、座椅、娛樂信息系統(tǒng)、電動窗以及其它所有低壓設備。其中一些是雙向的，使用低功率反向模式來替代應急電源(快速啟動)升壓逆變器。正向時功率可能在1.5KW到3KW之間。這些轉換器必須在與牽引升壓轉換器相同的輸入電壓范圍內(nèi)工作。

3. 充電設備中的降壓轉換器將離線PFC升壓電壓(約400V)降低成一個可調(diào)充電電壓。轉換器的大小由其目標兼容性以及AC電源確定。

由于高功率要求，所需工作頻率持續(xù)提高以減少磁路重量和體積。使用現(xiàn)今的IGBT進行的設計通常被限制為小于100kHZ。使用MOSFET的應用可能以250kHZ或者更高的功率工作。許多設計采用諸如串聯(lián)諧振操作和零電壓開關這類技術要驅動這些較大功率全橋應用中使用的大功率器件，進行快速開關和精度控制，飛兆半導體高電流HVIC提供超過4Amp的峰值灌電流和拉電流，加快上升和下降時間(小于15/25nS)并降低傳導時間(小于150nS)。實現(xiàn)運行穩(wěn)健性的關鍵特征包括采用滯洄的輸入抗干擾性能和輸出共橋點上允許的較大負電壓擺幅。飛兆半導體將后者稱之為–Vs額定值，對于所有符合AECQ100的HVIC而言，當Vb=15V時，該值通常為-9.8V。為了防止柵極驅動不足，對每個循環(huán)周期都進行欠壓鎖定操作。它們獨立于FAN7190_F085的高低驅動器部分。

選擇設計方面

進行實際設計時，柵極電路上的電阻網(wǎng)路必須是最小的，以便控制峰值柵極電流，提高瞬態(tài)免疫性，改善輻射，抑制諸如柵極振蕩等寄生效應，在供電和省電模式下創(chuàng)造眾所周知的“關閉”條件。注意，寄生電感、大電流通路中的偏壓以及開關瞬態(tài)都是很重要。產(chǎn)品資料和應用指南均提供了柵極電流通路中針對導通和關斷周期的重要指導。

在HVIC中，接在Vs和中心負載點之間如串聯(lián)電阻一樣簡單的元件可以提高瞬態(tài)免疫性。尤其要注意自舉電源以保護Vb瞬態(tài)，防止導致IC失效的過壓狀況。常見的一個錯誤是根據(jù)充電時間、柵極導通峰值電流和導通狀態(tài)下的電流消耗選擇自舉電容的結構和電氣參數(shù)。這里提供若干應用指南可幫助設計人員為低邊和高邊驅動電路選擇元件，并根據(jù)設計選擇HIVC自舉元件。

柵極驅動器的電路模擬通常是由簡單的行為模型完成的。理想電源可用于已定義的上升和下降時間，傳播延遲以及數(shù)據(jù)表中的其它關鍵特征。電流驅動能力可使用串聯(lián)輸出電阻來模擬，選擇該電阻用于支持峰值柵極電流以及Vb/2時的輸出，如數(shù)據(jù)表所示。

幸運的是，HEV/EV技術的發(fā)展為今天的設計人員提供豐富的知識和參考資料，這些參考資料在幾年前都并不存在。隨著多個OEM的出現(xiàn)，產(chǎn)生了新一代具有廣闊市場的高壓系統(tǒng)汽車，這里也提供一些實踐經(jīng)驗。在當今的半導體行業(yè)中，通過客戶讓供應商了解未來的功能需求。