ROHM课堂丨什么是无刷电机<span style='color:red'>驱动器</span>
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ROHM课堂丨什么是无刷电机驱动器

本文将从技术角度出发，对三相无刷电机的电机驱动器的作用、种类和规格进行介绍。通过本文，您可以学习到电机驱动器选型所需的基础知识。“什么是无刷电机驱动器”面向的是那些“想要尝试使三相无刷电机运转”以及想要了解“电机驱动器是什么？”的电机初学者，介绍使无刷电机运转所需的电机驱动器究竟是什么、有哪些种类及其各自的特点等电机驱动器的基础知识。本文所介绍的是在选择和使用电机驱动器时需要预先掌握的知识，推荐那些为了理解电机驱动器的特点和规格而想要学习所需基础知识的读者阅读。另外，如果想了解电机转动的原理或者为了使其转动需要做什么等电机的基础知识，请先参阅本文所在的“Sugiken老师的电机图书馆”中的另一篇文章“初识电机”。“什么是无刷电机驱动器”的内容对三相无刷电机的要求电机驱动器的作用电机驱动器的结构（形态）控制器（通电波形）控制器（位置检测和控制功能）功率晶体管栅极驱动器用途和特点电机驱动器示例最后下面，首先介绍一下“对三相无刷电机的要求”。对三相无刷电机的要求电机被用于驱动从工业领域到车载、家电、玩具等领域的各种产品。因此，电机通常需要满足“效率”、“振动噪声”、“控制性和易用性”、“可靠性”和“成本”等方面的要求。本文所讨论的三相无刷电机（以下简称“无刷电机”或“电机”）能够全面且高水平地满足这些要求，因此近年来得到了广泛应用。下面对这些要求进行逐一介绍。效率这里的效率是指电机输出相对于输入（功率）的比例。高效率电机可以说是一种损耗较小、有助于实现节能的电机。振动噪声如果电机产生的转矩存在脉动，就会引起振动。当该振动传递到电机的配套设备上时，可能会产生噪声。另外，电机本身也可能发出声音。对于要求静音性能的设备，通常会配备低振动、低噪声的电机。控制性和易用性这里的控制性是指对目标旋转工作和转速进行调节的便捷性、响应敏捷性以及对指令的跟随能力。电机不仅要能转动，还需要控制转速和转矩。另外，其控制的指令的易操作性、自动化程度、变动范围等，将电机安装到设备时的简便性也备受关注。可靠性可靠性要求电机不易损坏、特性不发生变化、不发生误动作，也不会危险运行。对于电气噪声和电磁噪声，不仅需要电机具备承受噪声时的耐受能力，而且其发出的噪声也必须在容许范围内。成本成本是指原材料费用和零部件价格，而减少材料用量和零部件数量也是关乎环保措施的重要考量。电机的设计需满足其配套设备的性能要求。但是，若要使包括成本和资源在内的所有项目都达到非常高的水平是很困难的，或者也可以说是性能过剩。通常，性能要求是有优先级的，并且该顺序会根据配套设备的不同而有所变化。因此，设计人员需要在掌握包括电机在内的整个配套设备的基础上进行设计。电机的性能是由机械性能（这里指由磁铁和铁芯等材料和结构决定的电机性能）和控制性能（由电机驱动器的功能和特性决定的电机性能）两者共同决定的。电机驱动器之所以存在多种类型，可以说是因为电机驱动器会影响电机特性，并且在进行整体设计时，对其要求也会发生变化。接下来我们将在上述内容的基础上，介绍电机驱动器的作用。电机驱动器的作用无刷电机是通过电路对线圈施加电压或电流来生成基于线圈（电磁铁）的旋转磁场的，因此是一种必须使用电路（电机驱动器）的电机。这种旋转磁场的生成是最基本的工作。除此之外，电机还要求具备下图所示的性能和功能。为了实现这些性能和功能，电机驱动器承担着如下所述的作用。电机驱动器能够自由调节输出的电压值，利用这一性能，不仅可以进行电机的输出调节，还可以通过抑制转矩脉动提升静音性能、通过调整电压施加时序来减少损耗以高效获取转矩的控制、抑制旋转波动的转速控制以及支持在无法安装位置传感器的环境下的无传感器控制等。上述作用仅为部分示例。此外，实现这些作用的手段也多种多样。因此，在选择电机驱动器时，需要同时了解所需的功能及其实现方法。接下来，我们将介绍承担这些作用的电机驱动器的电路结构。电机驱动器的结构（形态）电机驱动器的基本电路结构如下图所示。电机驱动器向电机线圈供电的作用是通过名为“功率晶体管”的电子器件来实现的。功率晶体管是指能够处理较大功率的晶体管。下图展示的是N沟道MOSFET的电路符号，但有时也会使用P沟道MOSFET、IGBT（N沟道或P沟道）或双极晶体管（PNP或NPN）。该功率晶体管连接电源，起到电气开关的作用。与电源正极相连的功率晶体管被称为“上臂晶体管”或“高边晶体管”等。与负极（接地端或Gnd端）相连的功率晶体管被称为“下臂晶体管”或“低边晶体管”等。通过高边和低边晶体管的任意一个导通，来决定施加到线圈上的电位。三相无刷电机通常使用3对（共6个）功率晶体管。负责控制这些功率晶体管导通和关断的是控制器。通常采用IC（集成电路：Integrated Circuit，此处指不使用软件的控制器）或微控制器（Microcontroller，此处指使用软件的控制器）。控制器在考虑转子位置和从外部来的指令的同时，决定施加给线圈的电压，并生成功率晶体管的导通和关断指令信号（下图是使用霍尔元件确定转子位置时的电路示意图，霍尔元件安装在能够检测转子磁通量的位置）。除了这些电路之外，还会使用连接控制器和功率晶体管的栅极驱动器。栅极驱动器的主要作用是将来自控制器的指令信号的电位和极性，转换为足以使功率晶体管工作的电位、极性和电流量。这些电路的详细说明将在后文阐述。这些电路模块以下表所示的单一功能或复合功能的形式被集成到IC中。因此，电机驱动器就是由其中一个或多个IC组合而成的。组合方式需要从易用性、设计变更的灵活性、封装尺寸、电路板上的布线数量（难易程度）、外围电子元器件的数量、每个电路模块的耐压差异和温升（散热效果）等角度综合考虑，因此，无法一概而论哪种组合方式更为优越。关于下图所示结构示例的特点，请参阅本文所在的“Sugiken老师的电机图书馆”中的另一篇文章“Sugiken老师的电机驱动器课堂”的“第10集 电机驱动器的结构”。这里先介绍一下施加在电机驱动器各电路模块上的电压。首先，施加于无刷电机线圈上的电压会受到电机机械模块特性的影响。有的电机仅需低至3.3V的电压，有的则需要高达340V以上的电压。为了在线圈上施加该电压，功率晶体管需要具备更高的耐压。驱动该功率晶体管的栅极驱动器电路，会承受与功率晶体管同等或更高的电压。例如，为了使高边的N沟道MOSFET导通，需要比施加在功率晶体管上的电压更高的电压。与上述两个电路模块不同，控制器不依赖于电机特性，且通常在相对较低的电压下使用。基于以上原因，施加到电机驱动器上的电源电压，有时会使用高电压和低电压两个系统，有时也会仅使用一个相对较低的电压系统。这种电压差异也是判断电路模块的结构（是采用一体化封装还是多个元器件组合）的依据之一。另外，施加在电机线圈上的电压大小是综合考虑配套设备的电源环境、功率转换效率、线路的容许电流、电机特性和可靠性等因素进行设计的。下面介绍一下各个电路模块规格的主要特点。控制器（通电波形）无刷电机的电机驱动器中，通电波形是需要关注的规格之一。这里的通电波形是指施加在线圈上的电压波形。无刷电机通过这个施加的电压使线圈中流过电流，并产生旋转磁场。该旋转磁场的工作会影响电机的输出转矩，因此通电波形可以说是一项非常重要的规格。该通电波形是由控制器生成指令，并通过导通和关断功率晶体管而产生的。因此，配备了控制器模块的电机驱动器器件会标明通电波形的规格。下图展示了电机驱动器的基本通电波形。120度通电是指将通电模式的一个周期设为360度时，在120度的区间内高边导通或低边导通，在60度（两处）处于关断状态的通电波形。有时也被称为“120度矩形波”。从控制电路的角度来看，这种通电波形生成相对简单，但输出转矩存在脉动。150度通电是指在150度的区间内高边导通或低边导通，在30度（两处）处于关断状态的通电波形。有时也被称为“广角通电”。这种通电波形的控制电路比较复杂，但比下述的正弦波通电更易生成，并且具有能够抑制输出转矩脉动的特点。此外，为了进一步抑制转矩脉动，也有不采用单纯的矩形（方形）而改变形状的通电波形。这种波形有时也被称为“梯形波通电”等其他名称。正弦波通电呈正弦波形状。有时被称为“180度通电”，但可能与180度矩形波（本文未详述）混淆，因此需要确认。这种通电波形的控制电路更为复杂，但电流波形为正弦波，理论上可以消除转矩脉动。这里介绍一下可称为通电波形生成基础技术的PWM控制。PWM控制称为“脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation）”，是调节施加电压的方法之一。通过调节规定时间内高边和低边功率晶体管的导通和关断比率，将期望比例的电源电压作为平均电压施加到线圈上。例如，规定时间设为50us，其中40us为高边导通，10us为低边导通，则平均电压为80%。此外，高边和低边功率晶体管的导通和关断工作有多种类型。有根据比率使高低边互补导通的方式（一方导通则另一方关断，但需设置死区时间），有仅导通和关断高边而低边保持关断的方式，以及相反的高边保持关断而仅导通和关断低边的。关于这些控制的特点，请参阅本文所在的“Sugiken老师的电机图书馆”内的另一篇文章“电机相关术语集”中对“互补PWM”、“单边PWM”、“死区时间”等术语的详细解说。使用这种控制方法，可以在120度通电方式下调整施加电压的大小。另外，若在360度的区间内使比率呈正弦波规律变化，就可以实现正弦波通电（这也是正弦波通电的控制电路更为复杂的原因之一）。上述正弦波通电的波形呈正弦波形状，但正弦波通电还有其他的通电波形。下图所示的双相调制正弦波，是大多数正弦波通电规格的电机驱动器IC所采用的波形。图中展示了施加到无刷电机U相和V相线圈的电压波形，以及U-V相之间（线间）的电压波形。双相调制正弦波虽然每相的电压不是正弦波，但线电压为正弦波。与常规正弦波（纯正弦波）相比，其特点是通过PWM控制使功率晶体管的开关范围较窄（降低开关损耗），并且可以增大线间电压的振幅（提高电压利用率）。对于正弦波通电，波形的分割数（分辨率）也是一项规格指标。这里的分割数是指360度内波形变化的次数（见下图）。分割数越多，正弦波形越平滑，但控制电路也越复杂。此外，即使分割数很多，也无法生成超出前述PWM控制的每个脉冲所能实现的施加电压比率的性能波形。控制器（位置检测和控制功能）用于无刷电机的控制器，因转子位置检测方法、指令规格以及内置控制功能等的不同而存在多种类型。本节将对以下项目进行介绍。位置检测通常，控制器通过确定（考虑）转子位置来生成通电波形。该转子位置的检测主要有两种方法，一种是使用霍尔元件，另一种是检测感应电压。后者由于不使用直接的位置检测传感器，因此被称为“无传感器”。关于霍尔元件的工作，请参阅前述“电机相关术语集”中的“霍尔元件和霍尔IC”词条。关于通过感应电压确定转子位置，请参阅本文所在的“Sugiken老师的电机图书馆”中的另一篇文章“电机疑问解答专区”的“为什么可以通过感应电压知道转子的位置”一文。由于该规格的差异，控制器的信号输入引脚的数量会发生变化。下图是引脚的示意图。使用霍尔元件的控制器有6个或3个输入引脚，无传感器控制器则没有用于输入霍尔元件信号的引脚（有时会设有用于输入电机线圈电压的引脚作为替代）。使用霍尔元件的控制器之所以有两种，是因为使用了霍尔元件的电子元器件有两种不同的类型。这里，我们将其中一种称为“霍尔元件（作为电子元件的名称）”，另一种称为“霍尔IC”。霍尔元件是一种将作为磁检测元件的霍尔元件的输入输出直接当作4个引脚进行连接的电子元件。在下图的①和③引脚间施加电压使电流流过时，根据穿过IC的磁通量，在②和④引脚上会出现如图所示的电压。通常，在采用霍尔元件的控制器中，会将这两个引脚的电压差作为磁通量检测结果使用。因此，这种规格的控制器为U、V、W各相均准备了P和N两个输入引脚（见上图）。霍尔IC是将作为磁检测元件的霍尔元件的输出电压，通过IC内部电路进行信号处理，使其输出High和Low两种电位的电子器件。由于输出信号只有1个，因此采用霍尔IC规格的控制器的信号输入引脚为3个。（霍尔元件和霍尔IC等名称仅为示例，引脚名称也可能采用数字或+/-，如H1+、H1-或H1、H2等）使用霍尔元件（电子元件）规格的控制器，有时也支持使用霍尔IC。此时，在空着的输入引脚上输入基准电压（例如，如果向HUP输入High电压5V、Low电压0V的霍尔IC信号，则向HUN输入2.5V等）。但是，控制器引脚对输入电压范围是有规定的，因此使用时需要进行确认。另外，在采用霍尔元件的控制器中，也存在仅使用1个或2个霍尔元件的规格型号。在无传感器方式中，通过检测感应电压的相位来确定转子位置（虽然还存在其他无传感器方法，但本文仅对感应电压检测进行说明）。感应电压可以在电机处于旋转状态且目标线圈没有电流流过时，作为线圈引脚的电压被检测到。因此，如果线圈引脚本来就已经连接到电机驱动器，则无需其他的信号输入引脚。对于采用检测感应电压方式的无传感器控制器，需要确认以下两种情况的规格：电机未旋转时的应对策略（未产生感应电压时的应对），以及为了检测感应电压必须使线圈电流为零的应对策略。特别是前者的电机旋转启动方法和后者的正弦波通电时的通电波形均因控制器不同而有所差异，因此需要根据应用需求选择更合适的控制器。另外，在正弦波通电的控制器中，有时会标注名为“全正弦波”等的通电方式。这一表述是指相较于因检测感应电压而导致正弦波波形畸变的无传感器电机驱动器（控制器），这种控制器的通电波形能够保持正弦波形状而不产生畸变。指令控制器接收的指令信号包括输出电压大小、转速等调整值的指令。该指令信号主要有3种规格，分别是模拟电压、使用脉冲的High/Low比率（Duty）指令的脉冲信号和使用频率（周期）指令的脉冲信号。以下对各个信号分别进行介绍。・模拟电压指令控制器接收电压值作为指令。通常会设定指令电压值的上限值和下限值，通过该设定值与指令电压值的相对比较来决定指令信息。例如，上限值为5V、下限值为1V的规格情况下，将1V以下的指令视为0，5V以上的指令视为100（%），其间的值按比例决定。这种情况下，输入3V则为50（%），输入4V则为75（%）等。如果这是输出电压大小的指令，那么通常驱动电路会在输入3V时输出50%的电压，输入4V时输出75%的电压。如果是转速指令，则需要确认控制器等的产品规格书中记载的指令值与转速关系的特性数据（图表等）后再使用。・Duty脉冲指令接收Duty脉冲作为指令。这里的Duty脉冲是指在下图所示的一定频率的脉冲信号中，High所占比例发生变化（High与Low的比率发生变化）的信号，该比率即为指令。识别信号High和Low的电压电平（阈值）以及可输入频率的范围需确认所使用的控制器的产品规格书等。如果这是输出电压大小的指令，那么通常指令的比率会直接反映出来。如果是转速指令，则需要确认控制器的产品规格书中记载的指令值与转速关系的特性数据（图表等）后再使用。・频率脉冲指令接收频率脉冲作为指令。这里的频率脉冲是指在下图所示的脉冲信号中频率发生变化的信号，其频率即为指令。有时会将该频率转换为0到100的指令，用作输出电压大小或转速指令，但通常的控制方式是直接将此频率脉冲指令与电机的转速信息脉冲进行比较。具体来说，是将控制器生成的电机转速信息信号（频率根据电机转速变化的信号，由霍尔元件信号等生成）与指令信号的频率（周期）进行比较，控制电机转速使其与指令信号频率一致的方式。要掌握指令信号频率与实际电机转速的关系，需要确认控制器的产品规格书和电机的规格（极数等）。除了这些之外，有时也使用数据通信作为指令。控制功能本节简单介绍一下控制器中配备的各种控制和功能。・转速信息输出在装有电机的设备中，有些会利用电机的转速信息来实现电机控制。对于这类设备，控制器会输出名为“FG（Frequency Generator）”的信号作为转速信息。FG信号是一种频率（周期）随电机转速而变化的信号。控制器通常输出采用单个霍尔元件信号（见下图）生成的信号（例1）或输出对三个信号进行处理后的信号（例2），也有些控制器可以在两者之间进行选择。以此方式生成的FG信号，电机每旋转一周的脉冲数会因其极数不同而不同。对于4极电机，每旋转一周的脉冲数为2个或6个脉冲；而对于8极电机，则为4个或12个脉冲。如果电机的配套设备所能应对的电机每旋转一周的脉冲数是固定的，那么要使用极数与此不匹配的电机，就需要设法改变FG信号的频率。有些控制器还具备该信号频率的转换功能。・保护功能控制器具有保护电机驱动器和电机的功能。下表列举了几种保护功能的示例。这些功能用于检测需要保护的状态或异常状态，并执行关断功率晶体管等工作。保护功能名称有时会有不同的叫法，因此不能仅凭名称来判断，还需要了解其内容。保护功能内容主要工作电流限制（抑制）限制（抑制）流过晶体管和线圈的电流调整输出电压过电流限制流过晶体管和线圈的最大电流关断功率晶体管，在一定时间或PWM周期后恢复过热限制电子元器件的温度关断功率晶体管，复位控制器部分动作，待温度下降后恢复低电压监测电压是否低于电路的工作电压关断控制器或栅极驱动器动作，电压上升后恢复过电压监测电压是否超出电路的使用范围关断功率晶体管，电压下降后恢复堵转（锁定）监测电机是否处于停转状态关断功率晶体管超速监测电机是否超过规定转速关断功率晶体管，转速下降后恢复霍尔异常监视霍尔信号是否有异常关断功率晶体管外部输入接收来自外部（其他电路）的工作停止信号关闭控制器的工作，并关断功率晶体管・旋转方向切换在保持转子位置检测用霍尔元件的安装位置固定（不变）的情况下，改变电机旋转方向的功能。即使输入给控制器的霍尔元件信息（N极和S极）相同，只要切换旋转方向的设置，线圈产生的电磁铁的磁极就会发生变化，从而使电机产生反向转矩。这里虽以霍尔元件规格的工作为例进行说明，但无传感器控制器中也有该功能。另外，实际电机是顺时针旋转还是逆时针旋转，取决于线圈和电机驱动器的连接方式以及霍尔元件的安装位置。・超前角控制无刷电机通过持续在与转子位置对应的合适角度产生旋转磁场（由电磁铁产生的磁场），以获得更大转矩。如果这个角度存在偏差，即使电磁铁大小相同，所能获得的转矩也会降低。这意味着输出功率相对于输入功率的下降，从而导致效率降低。因此，控制器通过确定转子位置来调整施加在线圈上的电压时序。但是，在实际使电机转动时，由于电枢反应和线圈电感，会产生电流延迟。补偿这种影响的功能就是超前角控制。由于该控制会使时序从初始的通电时序向比相位更超前的方向变化，因此被称为“超前角”（使角度提前）。这种因电枢反应和电感引起的电流延迟，会随电磁铁磁力的大小和电机转速的不同而变化，因此通电时序的提前量也需要相应进行调整。关于调整的规格，有多种方法。一种是控制器从外部接收超前角值指令的方法（直接指令）。此外，还有控制器利用转速、电压指令和电流大小等物理量来决定超前角值的方法（比例调整）。由于相对于物理量的更优超前角值因电机而异，因此有些控制器支持比例系数的设定。另外，比例的形式除了简单的线性比例外，也有从某个值开始改变比例系数，或进行二次比例的情况。还有一些控制器无需这些繁琐操作，能自动进行超前角调整（自动调整）。要实现这种方法，需要检测电流相位。・速度控制至此，我们主要介绍了电机驱动器（控制器）接收输出电压指令，并向电机线圈施加指定电压的工作原理。另外，前文也提到通过输出FG信号（转速信息信号），使电机的配套设备能够实现转速调节，但部分电机驱动器的控制器内置了该转速调节功能。此类控制器接收转速指令后，会与电机的转速信息进行比较，并自动调节输出电压。需要注意的是指令转速可能存在上限值和下限值。・待机控制器在电机停转时仍保持电路运转，以便接收指令并启动控制工作。此时，电路中仍有电流流过，消耗电力。为了降低这种待机时的功耗，有些控制器具有停止部分电路工作的功能。该功能被称为“待机功能”、“降低待机功耗模式”或“节能功能”等。・软启动当电机驱动器的工作及电机处于停止状态时，如果接收到高电压指令（如100%输出电压指令等），高电压施加到线圈上会导致电流急剧开始流动。该电流的增加若引发过大转矩，可能会产生噪声和剧烈振动。防止这种情况发生的正是软启动。软启动是在电机启动阶段抑制电流急剧上升，使其逐渐增大的功能。・短路制动短路制动是指在电机旋转期间将线圈短路（电气连接），使生成负转矩的电流流过的状态。该功能通过导通所有高边功率晶体管或所有低边功率晶体管来使线圈短路。通常，与将所有功率晶体管关断以停止电机驱动相比，短路制动能使电机更快停止旋转。下图展示了转子位于图示位置的瞬间，线圈中流过的电流、电磁铁以及生成转矩的方向。当所有低边功率晶体管导通时，会流过与正常驱动方向相反的电流，电磁铁的极性也反转，从而生成负转矩（转子停止旋转方向上的转矩）。另外，关于短路制动的更多信息，请参阅前述“电机相关术语集”中的“短路制动”词条。至此我们介绍了与控制器相关的规格和功能。实际使用的控制器通常会配备上述部分规格和功能。在转动电机时，需要从这些控制器中选择符合应用需求的型号。功率晶体管在电机中，功率晶体管用于向线圈施加电压并流过电流。因此，其指标包括可施加的电压、可流过的电流、流过电流时的损耗以及导通和关断的开关速度（SW速度）。下图是电机中常用的功率晶体管的种类和特点。双极型（双极结型晶体管）是一种通过使基极流过电流来实现导通状态的电流驱动型晶体管。导通状态下的损耗包括VCE（集电极-发射极间的电压）乘以集电极电流所得的功率和基极电流的功率。这是历史悠久的基础型晶体管，但由于无法进行高速开关，故不适用于PWM控制，近年来此类晶体管已经很少被电机应用采用。MOSFET是通过给栅极施加电压来实现导通的电压驱动型晶体管。其损耗为导通电阻（RON）乘以漏极电流的平方所得的功耗。该晶体管的优点是无需持续向栅极提供电流且开关速度快，缺点是当漏极电流增大时，损耗会呈平方级增长。IGBT是一种兼具双极晶体管和MOSFET优点的晶体管。由于是电压驱动，栅极电流消耗较低，损耗仅与电流的一次方成正比。缺点是开关速度中等。近年来，以RON×电流与VCE的大小关系为分界点，在小电流应用中多采用MOSFET，而大电流应用中则多选用IGBT。接下来，我们以MOSFET为例说明电机中功率晶体管的结构。MOSFET有两种规格，分别被称为“N沟道（N型）”和“P沟道（P型）”。这两者在原理上的区别可以说是在于电流通过电子流动还是通过空穴（Hole）流动。由于这一差异，N沟道MOSFET的规格是相对于源极引脚（S），向栅极引脚（G）施加高于阈值的电压来使MOSFET导通；而P沟道MOSFET的规格是相对于源极引脚，向栅极引脚施加低于阈值的电压来使其导通。另外，如果要使N型和P型具有相同大小的载流特性，通常N型可做到比P型更小的尺寸。这也受是使用电子还是空穴的影响。在无刷电机的电机驱动器中，低边MOSFET通常采用N型。原因是低边MOSFET的源极电位是Gnd（接地）电位，生成栅极指令电压相对容易，并且如上所述，N型比P型尺寸更小。高边MOSFET既有采用N型的也有采用P型的。两者都会使用的原因是若使用N型，可以与低边MOSFET的特性保持一致（也能实现更小尺寸），但维持导通需要高于功率晶体管所连接电源（V）的电压；而若使用P型则无需高于电源（V）的电压，但相对于N型的尺寸更大（或者特性会改变）。从外部供给电机驱动器电路的电源，通常以功率晶体管所连接的电源电压为更高。因此，是否需要该电压以上的电压便成为关键选择之一。另外，施加在电机线圈上的电压及电流会因电机的配套设备和电机的特性而有所不同，因此需要选择能够满足电机所需电压和电流规格的功率晶体管。栅极驱动器栅极驱动器是将来自控制器的指令信号传递给功率晶体管的电子元器件。下图是高低边均为N沟道MOSFET时的信号示例。控制器输出Low为0V、High为5V的指令信号。仅凭此信号无法直接导通和关断高低边MOSFET。如前文所述，N沟道MOSFET需要相对于源极施加阈值以上的电压，而高边MOSFET的源极电压有时会达到电源电压（下图中的VM）。在下图中，栅极驱动器将低边指令信号的振幅提升至VCC。该VCC需设定为远高于MOSFET阈值的电压。此外，使高边MOSFET导通的电压需达到VM＋VCC。通常，栅极驱动器的输出能力，即其能提供和吸收的电流量，比控制器的输出能力要大。这是因为MOSFET的导通和关断需要一定的电流（该电流量不足时，MOSFET的开关速度可能会受到限制）。综上所述，栅极驱动器的作用包括调整指令信号的振幅、调节成与电源电压（VM）相匹配的电位以及提升最大电流量。此外，如果高边是P沟道MOSFET，还会进行极性的反转。下面展示了实现上述工作的电路结构示意图。N沟道-N沟道型（N-N）的低边指令信号通过缓冲电路输出（这里的缓冲电路是指调整信号大小（振幅）和电流供应能力的电路）。高边的指令信号则先经由信号传输电路进行信号电平调整后，再通过缓冲电路输出。此时的电压也会使用高于VM的电压。P沟道-N沟道型（P-N）的低边与N-N型相同。高边的结构示例如图所示，导通的指令会使缓冲电路后的晶体管导通。通过这一工作，高边MOSFET的栅极电压降低，从而实现导通。由此可见，根据功率晶体管是N-N型还是P-N型，栅极驱动器的电路结构也会有所不同。在N-N型电路中，需要比VM（功率晶体管高边的电源）更高的电压。该电压通常由电机驱动器内部的升压电路生成。此升压电路主要有以下两种类型。一种是被称为“电荷泵”的电路。通过使VCP1引脚的电压在0和VM电压之间交替重复的工作，对电容器C2充电。通过这一工作，VCP引脚的电压将达到VM＋VCC（不包括二极管的电压降），从而可作为升压电压使用。另一种是自举电路。当低边功率晶体管导通且VS引脚电压接近0（Gnd电位）时，电容器C1会被充电。通过这一工作，使VB引脚相对于VS保持VCC的电位差，从而可作为升压电压使用。关于这两种电路的工作和特点，请参阅本文所在的“Sugiken老师的电机图书馆”内的另一篇文章“Sugiken老师的电机驱动器课”的“第12集　电路的深度知识　＜升压电路＞”。用途和特点无刷电机被安装于各类设备中，并广泛应用于多种领域。例如，仅以部分家电和消费电子为例，电机就被应用于风扇、压缩机、洗衣机的滚筒、复印机的多棱镜和送纸器、电脑的驱动（硬盘和光驱）、吸尘器的吸力装置等场景中。当使这些设备运转时，它们各自都有其特点和要求（限制）事项（或者非要求事项）。例如，风扇要求以恒定速度旋转，但对旋转波动和转速精度的要求并不严格。对旋转波动和转速精度有严格要求的是驱动与设备性能直接相关的部件（如多棱镜、送纸器和驱动器等）旋转的电机。压缩机要求无传感器控制，而吸尘器则需要较高转速。如果试图用一种电机驱动器来应对具有各种特点和要求（限制）的电机，可能导致性能过剩或者功能冲突。因此，电机驱动器有针对风扇或多棱镜等应用特点而设计的产品，具备与之相匹配的性能。另外，输入至电机的功率电源（连接功率晶体管的电源）主要有两种类型：一种是将商用电源（AC100V或AC200V）整流后得到的直流电压，另一种是比该电压更低的直流电源。前者为DC140V或DC280V，有时被称为“高压（高电压）”；后者为DC24V、DC12V或DC5V等，有时被称为“低压（低电压）”。为了表明能够适配这些电压范围，有时会用“高压驱动器”或“低压驱动器”等用以表示电机驱动器额定电压范围的名称。电机驱动器示例本节我们将介绍ROHM官网产品信息页面中几款电机驱动器IC的规格、特点和主要应用领域。・三霍尔低电压120度矩形波BD63006MUV是一款全集成电机驱动器IC，推荐电压为8V～24V，可输出1.5A的电流。采用三个霍尔元件检测转子位置，通电波形为120度矩形波。可以通过施加Duty脉冲指令来调节输出电压。内置N-N型功率晶体管，通过电荷泵生成电压。配备有节能电路、旋转方向切换、短路制动功能和各种保护功能，主要适用于OA设备及普通消费电子产品中安装的电机。单霍尔低电压正弦波BD63251MUV是一款预驱动器（控制器+栅极驱动器），推荐电压为5.5V～15V，需搭配P-N型功率晶体管使用。采用单个霍尔元件检测转子位置，通电波形为正弦波。可以选择施加模拟电压指令或Duty脉冲指令的任意一种来调节输出电压指令（给功率晶体管的信号）。由于是P-N型，因此没有升压电路。配备有自动超前角控制、固定超前角调节、软启动功能、旋转方向切换和各种保护功能，主要适用于服务器和电脑散热风扇中安装的电机。无传感器中电压正弦波BD64070MUV是一款预驱动器，推荐电压为28V～77V，需搭配N-N型功率晶体管使用。通过感应电压的过零点（电压极性发生变化的点）检测转子位置，通电波形为正弦波（为检测感应电压，正弦波波形中有部分为断电区间）。内置速度控制（反馈）电路，可通过施加频率脉冲指令将转速调节至任意值。由于是N-N型，因此通过电荷泵生成电压。配备有死区时间设置功能、节能功能、旋转方向切换、短路制动功能和各种保护功能。主要适用于风扇和普通消费电子产品中安装的电机。无传感器低电压正弦波BD63242EFV是一款全集成电机驱动器IC，推荐电压为5V～16V，可输出1.0A的电流。通过感应电压的过零点（电压极性发生变化的点）检测转子位置，通电波形为正弦波（为检测感应电压，正弦波波形中有部分为断电区间）。可以选择施加模拟电压指令或Duty脉冲指令的任意一种来调节输出电压。内置P-N型功率晶体管，没有升压电路。配备有旋转方向切换和各种保护功能。主要适用于冰箱风扇和普通消费电子产品中安装的电机。三霍尔正弦波BD62018BFS是一款控制器IC，推荐电压为10V～18V，需搭配支持N-N型的栅极驱动器和功率晶体管使用。推荐电压为控制器IC电源电压，因此不限制栅极驱动器和功率晶体管的电压。采用三个霍尔元件检测转子位置，通电波形为正弦波。可以通过模拟电压指令来调节输出电压。控制器IC输出的功率晶体管通断指令信号，其极性是预设为N-N结构设计的。配备有超前角调节功能、旋转方向切换和各种保护功能。主要适用于风扇、泵类和家电产品中安装的电机。高压栅极驱动器和功率晶体管（IPM）BM6242FS是一款IPM（智能功率模块），推荐电压为400V以下，可输出1.5A的电流，需搭配控制器IC使用。内置N-N型功率晶体管，通过自举电路生成电压。配备有各种保护功能和显示保护工作状态的信号输出功能。主要适用于风扇、泵类和家电产品中安装的电机。三霍尔高电压正弦波BM6249FS是一款全集成电机驱动器IC，推荐电压为400V以下，可输出2.5A的电流。采用三个霍尔元件检测转子位置，通电波 形为正弦波。可以通过施加模拟电压指令来调节输出电压。内置N-N型功率晶体管，通过自举电路生成电压。配备有超前角调节功能、旋转方向切换、各种保护功能和显示保护工作状态的信号输出功能。主要适用于风扇、泵类和家电产品中安装的电机。最后以上就是“什么是无刷电机驱动器”的介绍。无刷电机驱动器不仅在额定电压和额定电流等常规规格上存在差异，在转子位置检测方式、通电波形以及控制功能方面也有多种不同的类型。在选择电机驱动器时，需要从中筛选出符合应用需求和应用场景的产品，为此，了解所安装的电机和设备的知识以及电机驱动器的知识至关重要。
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发布时间：2026-08-20 11:34 阅读量：286 继续阅读>>
栅极<span style='color:red'>驱动器</span>是如何控制开关的？
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栅极驱动器是如何控制开关的？

　　栅极驱动器是实现这些开关元件快速且精准控制的重要电路。开关器件如场效应晶体管(MOSFET)和绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的高效驱动成为保证系统性能的关键。　　那么，栅极驱动器是如何控制开关的?　　什么是栅极驱动器?　　栅极驱动器是一种专门设计用来驱动功率开关器件的电子电路，主要作用是为场效应器件的栅极提供适当的电压和电流，从而控制开关的导通和关闭。由于功率开关器件通常具有较大的栅极电容，单纯依靠控制信号直接驱动往往无法满足快速切换的需求，因此需要栅极驱动器来提升驱动能力。　　栅极驱动器控制开关的原理　　提供驱动电压　　开关器件的导通与关闭主要由栅极电压决定。例如，MOSFET的栅极电压高于一定阈值时，器件导通;低于该阈值时，则关闭。栅极驱动器负责将控制信号转换成适宜的电压，确保开关管能稳定、快速地导通与关断。　　快速充放电栅极电容　　功率MOSFET和IGBT的栅极带有显著电容特性。栅极驱动器通过大电流脉冲迅速给栅极充电，使其快速达到导通电压。同时，当关闭开关时，驱动器提供通道将栅极迅速放电，防止开关在临界区停留过久，减少切换损耗和电磁干扰。　　隔离和电平转换　　在高压应用中，控制信号的电平可能与开关栅极所需电平不同，且存在安全隔离需求。栅极驱动器通常包含电平转换和隔离功能，确保控制信号安全且准确地控制高压开关。　　保护功能　　许多栅极驱动器集成过流、短路保护以及欠压锁定等功能，防止开关器件因异常工作而损坏，提高系统可靠性。　　栅极驱动器的工作过程举例　　以驱动一个N沟道MOSFET为例：　　当控制信号为高电平时，栅极驱动器输出一个比阈值电压高的电压，快速充电MOSFET的栅极，MOSFET开启，允许电流通过。　　当控制信号转为低电平，驱动器迅速将栅极电容放电至接近地电位，MOSFET关闭，停止电流流通。　　这种快速的切换过程减少了开关的过渡时间，降低了功率损耗和开关应力。　　栅极驱动器的重要性　　没有高效的栅极驱动器，功率开关器件的开关速度会变慢，导致更大的导通损耗和切换损耗，降低系统效率。同时，慢速切换也会引发更多的电磁干扰和开关异常。因此，栅极驱动器在电源管理、电机驱动、逆变器以及各种功率转换应用中起着核心作用。　　栅极驱动器通过精准控制开关器件的栅极电压，实现快速、可靠的开关动作，是现代功率电子系统不可或缺的部分。
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发布时间：2026-06-01 09:56 阅读量：819 继续阅读>>
核芯互联丨国产PCIe 5.0线性重<span style='color:red'>驱动器</span>标杆之作 核芯互联CLRD320与TI DS320PR810深度对比
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核芯互联丨国产PCIe 5.0线性重驱动器标杆之作 核芯互联CLRD320与TI DS320PR810深度对比

　　在当前全球半导体供应链重构的大背景下，国产高性能信号调理芯片的技术突破与产业化进展备受关注。核芯互联(HexinHulian)推出的CLRD320八通道线性重驱动器，以对标TI DS320PR810的产品定位进入PCIe 5.0高端信号链路市场。本文将从电气性能、系统设计、应用场景等多个维度，对两款产品进行详尽的对比分析，为工程师及采购决策者提供客观、全面的技术参考。　　图1 | CLRD320八通道线性重驱动器功能架构图　　一、产品定位与技术架构　　PCIe 5.0标准将单通道数据传输速率提升至32GT/s，信号完整性(Signal Integrity)成为系统设计中最严峻的挑战之一。高频信号在PCB走线、连接器和线缆中传输时会遭受严重的插入损耗(Insertion Loss)，导致眼图闭合、误码率攀升。线性重驱动器(Linear Redriver)作为信号链路中的关键调理元件，通过连续时间线性均衡器(CTLE)对高频分量进行补偿，同时保持链路的线性特性，使下游接收端能够正确完成链路训练(Link Training)，是PCIe 5.0系统设计中不可或缺的信号完整性解决方案。　　核芯互联CLRD320是一款八通道多速率线性重驱动器，专为PCIe 5.0、CXL 2.0、UPI 2.0及速率高达32Gbps的其他高速接口设计。产品采用先进的模拟CMOS工艺，集成了双级连续时间线性均衡器与线性输出驱动器，每个通道独立运行。如上图所示，器件内部包含8路独立的信号通路，每路均配备双级CTLE和线性驱动器，同时集成了接收器检测、电源管理、SMBus/I2C接口、EEPROM控制器和数字核心等辅助功能模块，单路3.3V供电配合内部稳压器设计可有效抵抗板级电源噪声。　　TI DS320PR810作为该细分领域的先发产品，自2022年发布以来已被多家服务器和存储厂商广泛采用，是PCIe 5.0线性重驱动器的事实标杆。两款产品在引脚定义、封装尺寸和基本功能架构上保持了高度一致，均为5.5mm×10mm WQFN-64封装，支持Pin Mode、SMBus/I2C从机模式和EEPROM自加载三种配置方式。　　二、核心电气规格逐项对比　　2.1 高速信号性能参数　　技术解读：附加抖动是衡量重驱动器信号保真度的核心指标。CLRD320在附加随机抖动(70fs vs 75fs)和附加总抖动(1.3ps vs 1.5ps)两个关键参数上分别实现了约7%和13%的性能提升。在高密度服务器背板设计中，链路预算往往以毫分贝(mdB)和飞秒(fs)为单位进行精密计算，CLRD320更低的附加抖动意味着可为系统留下更大的抖动裕量(Jitter Margin)，对于需要通过严格PCIe 5.0兼容性认证的产品而言，这一优势具有实质性的工程价值。　　2.2 回波损耗与信号完整性　　技术解读：回波损耗直接反映器件端口的阻抗匹配质量。CLRD320在16GHz频段的输入差分回波损耗达到-10dB，优于DS320PR810的-9dB;更为显著的是输入共模回波损耗指标，CLRD320在2.5~16GHz全频段内实现了-10dB至-13dB的性能，相比DS320PR810的-6dB至-9dB有大幅提升。优秀的共模回波损耗意味着器件对共模噪声的抑制能力更强，在多通道并行传输的x16配置中可有效降低通道间串扰和共模噪声向差模的转换。　　2.3 功耗与电源特性　　技术解读：正常工作模式下两款产品的有功功耗处于同一水平。CLRD320的待机功耗相对较高(RX检测等待功耗180mW vs 166mW，差异极小)，在需要频繁进入低功耗状态的边缘计算场景中需纳入设计考量。但对于始终运行的数据中心服务器而言，待机功耗占比极小。CLRD320内部集成的高性能稳压器电源轨设计可有效抵抗板级电源噪声，确保均衡性能的一致性。　　2.4 可靠性与环境适应性　　三、系统设计与工程实现　　3.1 控制接口与配置灵活性　　CLRD320采用四级(4-Level)控制输入设计，通过1kΩ下拉、20kΩ下拉、浮空(Float)、1kΩ上拉四种状态实现配置。这种方案简化了外部电阻网络的设计复杂度，降低了BOM成本，对于仅需基础EQ配置的应用场景尤为友好。　　DS320PR810采用五级(5-Level)控制输入，通过1kΩ/8.25kΩ/24.9kΩ/75kΩ下拉及浮空实现五级状态。五级设计提供了更多的配置粒度，但同时也增加了外部电阻的选型复杂度和成本。其MODE引脚L3和L4状态保留为TI内部测试模式，用户实际可用的配置级别为L0/L1/L2加浮空。　　从工程实现角度看，CLRD320的四级控制输入方案在绝大多数服务器主板和加速卡应用中已完全够用，更简单的电阻配置降低了生产环节的贴片错误率，对大批量生产更为友好。　　3.2 PCIe链路训练兼容性　　两款产品均为协议无关(Protocol Agnostic)的线性重驱动器，这一设计哲学对PCIe 5.0系统至关重要。PCIe Gen3/4/5的链路训练协议要求Tx端发送10个Preset，Rx端通过7级CTLE和单抽头DFE寻找最优均衡组合。线性重驱动器不对信号进行非线性判决或再定时，而是将发射端Preset信号透明传递至接收端，使完整的端到端信道作为整体参与链路训练。　　CLRD320的线性数据路径在32Gbps速率下保持了700mVpp的交流线性度范围，完全满足PCIe 5.0 Tx端800-1200mVpp输出摆幅的线性传输要求。自动接收器检测功能的状态机符合PCIe规范要求，支持上电检测、PERST#信号触发检测等多种检测模式。　　3.3 配置时序与系统启动　　CLRD320在系统启动速度方面展现出明显优势：EEPROM加载时间缩短33%(5ms vs 7.5ms)，POR后首次SMBus访问时间缩短40%(30ms vs 50ms)。对于支持热插拔和需要快速枚举PCIe设备的服务器平台，更快的启动时序意味着更短的服务就绪时间和更高的系统可用性。　　四、典型应用场景深度分析　　4.1 服务器主板PCIe x16插槽信号延伸　　应用描述　　在机架式服务器和塔式服务器中，CPU Root Complex的PCIe x16信号需经过PCB走线、金手指连接器到达PCIe插槽。当走线距离超过PCIe 5.0规范建议的最大信道长度时，信号完整性会严重恶化。　　方案部署：在CPU与PCIe插槽之间各放置两颗CLRD320(Tx和Rx方向各一颗，共16通道)，可将有效信道延伸距离增加12-16英寸。低至70fs的附加抖动确保延伸后的链路仍能满足PCIe 5.0 Base Spec对总抖动的严格要求，为通过PCI-SIG兼容性认证提供充足的链路裕量。　　4.2 HPC与GPU集群互联　　应用描述　　GPU集群和超级计算节点中，多个GPU通过PCIe Switch或直连方式互联，PCB走线距离较长且经过背板连接器。CXL 2.0协议在内存扩展和缓存一致性互联中的应用对信号完整性提出了更高要求。　　方案部署：CLRD320支持PCIe 5.0和CXL 2.0双协议。在x16配置中，四颗CLRD320芯片即可实现全双工16通道信号调理。20ps超低偏差确保了x16链路中16条Lane的相位一致性，优异的共模回波损耗性能可有效抑制多通道并行传输时的共模噪声耦合。　　4.3 存储区域网络与NVMe背板　　应用描述　　企业级存储阵列和NVMe SSD背板中，控制器需通过10-20英寸背板走线连接多达24个U.2/U.3 NVMe SSD插槽，高频插入损耗可达20dB以上@16GHz。　　方案部署：CLRD320最大22dB的CTLE均衡能力完全覆盖此类应用场景的信道损耗预算。x24总线宽度的支持能力意味着三颗CLRD320即可覆盖24个NVMe SSD插槽。此外还支持SAS/SATA协议(激活缓冲模式)，可在同一硬件平台上灵活支持三种SSD形态，实现通用背板(Universal Backplane)设计。　　4.4 网络接口卡与硬件加速卡　　应用描述　　100G/200G/400G智能网卡(SmartNIC)和DPU通常采用PCIe 5.0 x16接口与主机CPU通信，板卡尺寸受限于FHHL/FHFL规格，PCB面积紧张。　　方案部署：5.5mm×10mm紧凑WQFN封装适合空间受限的加速卡设计。通过EEPROM自加载模式，网卡上电后自动完成配置，无需外部MCU参与。Pin Mode模式下仅需几颗电阻即可完成功能配置，进一步降低设计复杂度。低至100ps的传播延迟对时序敏感的网络加速应用影响极小。　　4.5 UPI 2.0处理器互联　　应用描述　　多路服务器(2P/4P/8P)中，CPU之间通过Intel UPI总线进行缓存一致性互联，UPI 2.0速率高达24GT/s，与PCIe 5.0处于同一信号速率量级。　　方案部署：CLRD320明确支持UPI 2.0协议，可在多路服务器主板中部署于CPU之间的UPI链路。激活缓冲模式下禁用PCIe接收器检测，配置为通用带均衡缓冲器，完美适配UPI等非PCIe协议的传输需求。　　五、核芯互联CLRD320核心竞争优势　　六、选型建议与技术决策指南　　对于正在评估PCIe 5.0线性重驱动器的系统设计师和采购决策者，以下场景化建议可供参考：　　优先选择CLRD320的场景：　　抖动敏感型设计：当链路预算紧张，需要通过PCI-SIG兼容性认证测试，或需要为长距离信道保留最大裕量时，CLRD320 70fs的附加抖动优势可转化为测试通过率的提升。　　高频段损耗为主的信道：当PCB材料Df值较高或信道中含有较多连接器导致高频段反射严重时，CLRD320更优的回波损耗性能可改善整体信号质量。　　国产替代/信创项目：在政府、金融、电信、能源等关键基础设施领域，有明确的国产化率要求或供应链安全考量时，CLRD320是可靠的国产替代方案。　　快速启动需求：对于支持热插拔、需要快速枚举PCIe设备的服务器和存储平台，CLRD320更快的EEPROM加载和SMBus就绪时间可优化系统启动体验。　　大批量成本敏感型应用：在年用量达数十万颗的大规模部署中，CLRD320的价格优势和简化的外围电路设计可带来可观的TCO降低。　　建议综合评估的场景：　　对待机功耗有极致要求的电池供电或边缘计算设备，需根据实际工作占空比计算总功耗影响。　　工作环境温度长期接近125°C以上的极端场景，需评估结温裕量。　　已有基于DS320PR810的成熟设计需要直接替代时，建议先进行SI仿真验证和兼容性测试，确保控制输入映射关系正确。　　七、总结与展望　　通过对核芯互联CLRD320与TI DS320PR810的深度技术对比，我们可以清晰地看到，国产PCIe 5.0线性重驱动器在核心技术指标上已达到甚至部分超越了国际标杆产品的水平。CLRD320在附加抖动、回波损耗、启动时序等关键性能参数上展现出明确的竞争优势，同时在供应链安全、技术支持响应速度和成本效益方面具备国产芯片的天然禀赋。　　PCIe 5.0生态正处于快速扩张期，从服务器、存储到AI加速、网络基础设施，32Gbps高速信号调理的市场需求将持续增长。核芯互联CLRD320作为国内该细分领域的领先产品，不仅为工程师提供了高性能的信号完整性解决方案，更为中国半导体产业链在高端接口芯片领域的自主可控增添了重要一环。　　对于正在规划或设计PCIe 5.0系统的工程师而言，CLRD320是一款值得认真评估的优秀选择。建议有需求的客户联系核芯互联获取评估板(EVB)、参考设计和SI仿真模型，通过实际测试验证其在目标应用场景中的表现。
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发布时间：2026-05-25 10:11 阅读量：890 继续阅读>>
兆易创新推出全新三相栅极<span style='color:red'>驱动器</span>，多电压平台赋能电机驱动革新
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兆易创新推出全新三相栅极驱动器，多电压平台赋能电机驱动革新

　　5月19日，兆易创新(GigaDevice)推出三款全新三相无刷电机专用栅极驱动器——GD30DR1001、GD30DR1401以及GD30DR1901。产品精准覆盖了40V/120V/600V主流电压平台，凭借高集成度、强驱动能力及卓越的可靠性，为消费电子、家用电器、电动工具及工业设备提供一站式电机驱动解决方案。该新产品的发布，进一步扩充了兆易创新的电机驱动芯片版图，有利于打造更紧凑、更高效、更稳定的电机控制系统。　　覆盖多电压平台，精准匹配应用需求　　随着智能设备、电动工具及工业自动化对电机控制性能要求的不断提升，系统设计正面临更高的效率、可靠性与集成度挑战。兆易创新此次推出的三款模拟器件均基于三相独立半桥架构，兼容3.3V/5V逻辑输入，支持直接驱动MOSFET或IGBT功率器件，在简化系统设计的同时，有效降低整体BOM成本和开发复杂度。　　GD30DR1001是一款驱动P/N MOSFET功率管40V三相栅极驱动芯片，工作电源电压5.5V~40V，兼容3.3V/5V输入逻辑，集成5V LDO带载电流50mA，可为芯片内部逻辑和外部MCU供电。芯片内部集成欠压保护/输入直通保护等多种保护功能，内置60ns死区时间，并采用高度集成的SOP16/QFN16封装。该型号适用于落地风扇、空气净化器、小型泵阀等直流无刷电机应用。　　GD30DR1401是一款集成了三个独立的半桥栅极驱动芯片，专为驱动双N型沟道高压MOSFET功率管或GaN而设计，悬浮偏移电压+120V，兼容3.3V/5V输入逻辑，集成5V LDO带载电流100mA以及12V的控制电路，输出电流能力IO+2.0A/-2.5A。内置死区时间、欠压保护、直通防止功能等安全保护功能。该型号适用于服务器风机、民用无人机、电动工具、园林工具、清洁电器、厨房电器等应用。　　GD30DR1901同样集成了三个独立的半桥栅极驱动芯片，可驱动双N型沟道高压MOSFET功率管或IGBT，悬浮偏移电压+600V，兼容3.3V/5V输入逻辑，集成5V LDO带载电流50mA，内置死区时间、欠压保护、直通防止功能等安全保护功能。该型号适用于个人护理、白色家电、工业变频器、高压风机/水泵、光伏逆变等应用。　　兼顾集成度、可靠性与易用性的设计优势　　GD30DR1001/GD30DR1401/GD30DR1901系列在架构设计与功能集成层面进行了系统性优化。通过在单芯片内整合关键功能模块，并引入完善的保护机制与标准化接口，该系列在简化系统设计的同时，进一步提升整体运行稳定性与开发效率。　　1.高集成架构，简化系统设计　　单芯片内集成LDO、死区控制及多种保护功能，部分型号内置自举二极管，有效减少外部二极管、分立电阻及稳压器件的使用。这一高度集成的设计不仅降低了BOM成本，同时显著简化PCB布局，提高系统紧凑性与整体可靠性。　　2.多重保护机制，提升系统鲁棒性　　器件内置完善的保护功能，包括欠压锁定(UVLO)、功率管直通防护以及LDO短路保护等，可有效避免低压驱动、上下管直通带来的潜在风险。结合–40°C至+125°C的宽工作温度范围，使其能够在高温及高电磁干扰环境下保持长期稳定运行，满足工业级应用需求。　　3.标准化接口设计，加速系统开发　　支持3.3V/5V逻辑输入接口，可直接与兆易创新GD32 MCU等主流微控制器连接，便于构建“MCU+Driver”的完整电机控制方案。标准化的接口与驱动架构有助于降低设计门槛，缩短开发周期，加快产品导入与量产进程。　　目前，GD30DR1001/GD30DR1401/GD30DR1901已全面开放样品申请并实现量产，全系列采用标准卷带封装形式，支持自动化生产需求，可助力客户快速实现产品落地、抢占市场先机。
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发布时间：2026-05-20 09:08 阅读量：809 继续阅读>>
村田丨栅极<span style='color:red'>驱动器</span>DC-DC电源模块提升电机驱动效率和安全性
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村田丨栅极驱动器DC-DC电源模块提升电机驱动效率和安全性

　　在现代电机驱动系统中，高效率和高安全性是核心设计目标，而功率半导体器件(如IGBTs、MOSFETs、SiC和GaN器件)的性能直接决定了系统的效率和稳定性。栅极驱动器DC-DC电源模块作为连接控制电路与功率电路的重要组成部分，不仅为栅极驱动电路提供稳定的隔离电源，还显著提高了功率器件的开关速度和可靠性。　　本文将探讨栅极驱动器DC-DC电源模块如何优化电源和隔离性能，以全面提升电机驱动系统的效率和安全性，并重点介绍村田所推出的栅极驱动器DC-DC电源模块的功能特点。　　电机驱动系统中的电源模块　　栅极驱动DC-DC电源模块在电机驱动系统中起着关键作用。　　在工业自动化、电动车辆和可再生能源发电等领域，高效的门极驱动解决方案是实现节能和安全运行的核心技术。门极驱动直流-直流电源模块在电机驱动系统中发挥着关键作用，特别是在高功率密度、高效率和稳定的电机驱动设计中。这些模块为IGBT、MOSFET或SiC/GaN器件等功率半导体器件提供隔离且稳定的驱动电压和电流。门极驱动直流-直流电源模块必须提供隔离电源，以实现控制电路与功率电路之间的电气隔离，从而提高系统抗干扰能力并确保安全性。它们提供稳定的电力输出和可靠的直流电压给门极驱动器，确保功率器件在不同运行条件下能够正常工作，同时还能满足宽电压范围要求，以支持不同功率器件所需的正负门极驱动电压。　　电机驱动需要对功率器件的开关动作进行高效且精确的控制。通常情况下，电机驱动系统通常采用PWM控制方法，而是否能够高效地驱动功率器件至关重要。栅极驱动DC-DC模块支持高性能的电机驱动控制，并提供低功耗、高效率的栅极驱动电压，从而减少开关损耗并提高整个驱动系统的效率。　　SiC 和 GaN 功率器件广泛应用于现代电机驱动中，具有高开关速度和更高的栅极驱动电压要求(例如：+15V/-4V)。栅极驱动 DC-DC 模块能够精确地提供适当的电压和电流，以充分发挥这些器件的性能优势。　　在电机驱动系统中，驱动电路必须与高压电源电路隔离，以保护低压控制系统并确保人员安全。具有高隔离电压(例如 3-5kV)的栅极驱动器DC-DC模块可以防止电气噪声或短路对控制系统的影响。　　这些栅极驱动DC-DC模块同样可以支持多相电机驱动设计。对于如三相永磁同步电机这样的多相电机，每个桥臂的高侧和低侧开关器件都需要独立的电源。栅极驱动DC-DC模块通过多通道独立电源解决方案简化了系统拓扑结构。　　此外，栅极驱动器DC-DC模块通过集成低压保护和过温保护等保护功能，提高了系统的可靠性。这些功能增强了模块的稳定性和容错能力，有效地提升了电机驱动系统的整体可靠性。　　栅极驱动DC-DC模块应用场景　　栅极驱动DC-DC模块具有广泛的技术应用场景，包括工业电机驱动，如伺服电机、逆变器和工业自动化设备。它们也可应用于新能源汽车，包括电动车驱动逆变器和充电系统。在风力发电和光伏逆变器应用中，栅极驱动DC-DC模块能够在高电压、高效率场景下为功率半导体提供稳定的栅极驱动。在轨道交通应用中，栅极驱动DC-DC模块可以为高功率电机驱动中的功率器件提供隔离电源。　　未来，栅极驱动器DC-DC模块将朝着更高效率的方向发展，需要开发支持更高转换效率的模块，以满足低损耗、高频功率器件的需求。随着产品向小型化和集成化发展，模块化设计将使栅极驱动器和DC-DC电源能够在更小的封装中集成，适用于小型电机驱动设计。这些模块还需要支持宽温度范围，以确保在极端环境中可靠运行，例如汽车和电网设备的应用。　　栅极驱动DC-DC电源模块不仅将提供稳定的电力供应，还将直接影响功率器件的性能以及驱动系统的效率，这对于优化现代电机驱动系统的性能至关重要。　　村田多元化DC-DC电源模块　　村田推出了多款适用于门极驱动电源DC-DC应用的门极驱动DC-DC电源模块，以满足各种应用需求。　　一个典型的应用案例是为全桥电机的“高侧”和“低侧”提供驱动电源，这可以是半桥、全桥或三相。高侧开关的射极是一个高电压、高频率的开关节点，可以使用IGBT、MOSFET、SiC或GaN器件。它需要双输出电压 — +Ve和-Ve。高侧驱动器及相关电路必须采用隔离设计。　　驱动器的功率需求由DC-DC模块提供的平均直流电流满足，为单个驱动电路供电，而附近的电容则在每个周期中为充电和放电门极电容提供峰值电流。必须考虑降额和驱动中的其他损耗。SiC和GaN器件的Qg比IGBTs更低，但它们可能在更高的频率下运行。　　根据数据表，大多数设备可以通过0V关闭。那么，为什么要使用负栅极电压呢?这是为了对抗寄生电感和米勒电容效应。负栅极驱动克服了由源端电感引起的寄生电感问题。当IGBT关断时，电流的突然停止会导致反向于栅极电压的电压尖峰。关于米勒效应，在关断期间，集电极电压会快速上升，导致电流尖峰通过米勒电容流向栅极，从而在栅极电阻上产生一个正电压。　　那么，为什么门驱动器DC-DC模块需要隔离呢?　　首先是为了安全。　　DC-DC可以作为安全隔离系统的一部分。例如，根据UL60950标准，一个690 VAC系统需要14mm的爬电距离和电气间隙以满足增强绝缘要求。此外，还必须支持隔离电压，这需要通过施加单一高于工作电压的瞬时电压并保持一分钟来验证。　　另一方面，功能需求是存在的。　　在高端应用中，DC-DC输入与输出必须在整个HVDC链路电压范围内以PWM频率连续切换。在这种情况下，仅进行一分钟的瞬态电压测试并不是一个可靠的隔离指标。根据IEC 60270进行部分放电测试是确保长期可靠性的最佳方法。　　局部放电的发生是因为小间隙的击穿电压(约3kV/mm)远低于周围固体绝缘材料的击穿电压(约300kV/mm)。这种“起始电压”可以用于测量和定义最大工作电压，从而确保长期的绝缘可靠性。尽管局部放电可能不会立即造成损害，但它会随着时间的推移而降低绝缘性能。　　村田重点产品及优势　　村田(Murata)的门驱动解决方案适用于可再生能源(风能、太阳能和备用电池)逆变器以及高速、变速电机驱动。主要产品包括MGN1、MGJ1/MGJ2、MGJ1 SIP、MGJ2B和MGJ3/MGJ6系列。这些产品在连续隔离耐压、隔离电容、安全认证、共模瞬态抗扰度(CMTI)、工作温度以及功率方面提供了多种支持。　　与竞争对手相比，村田的解决方案在这些高性能的关键参数上表现出色。　　比如，在产品选择参数时，电容耦合是需要注意的现象。在高端开关中，发射极是一个高压、高频的开关节点。整个HVDC链路电压以PWM频率从DC-DC输入端到输出端连续切换，并可能会具有较高的频率和电压转换速率。例如，IGBT的典型转换速率约为30kV/μs，MOSFET约为50kV/μs，而SiC/GaN器件则能够超过50kV/μs。输入与输出之间的DC-DC隔离会引入电容性耦合(Cc)，高切换电压在其上产生的脉冲电流可能会干扰敏感的输入引脚。共模瞬态抗扰度(CMTI)测试能够反映这一失效水平的参数。　　村田的栅极驱动器DC-DC模块表现出卓越的电容耦合性能。例如，MGJ系列具有以下规格：1W的MGJ1具有3pF的耦合电容;2W的MGJ2范围为2.8至4pF;而3W(MGJ3T)和6W型号(MGJ6T，MGJ60LP，-SIP，-DIP)则具有15pF的耦合电容。　　有多种方法可以实现双极性电压，因为不同的开关器件根据制造商的规格需要不同的栅极电压。例如，IGBT通常需要+15V的正电压和-8.7V、-9V、-10V或-15V的负电压。硅MOSFET需要+15V或+12V的正电压以及-5V或-10V的负电压。SiC MOSFET需要+20V、+18V或+15V的正电压以及-5V、-4V、-3V或-2.5V的负电压。而GaN器件通常需要+5V或+6V的正电压以及-3V的负电压。　　为了满足这些不同的需求，村田的MGJ2 SIP提供了总输出功率为2W的解决方案，通过传统的双绕组方法提供正负门极驱动电压，包括+15V/-15V、+15V/-5V、+15V/-8.7V、+20V/-5V和+18V/-2.5V。通过调整绕组匝数，还可以实现其他特定的输出。　　MGJ3 和 MGJ6 系列分别具有 3W 和 6W 的输出功率，使用专利技术灵活配置三路电压输出，例如 20V/-5V(15V、+5V、-5V)和 15V/-10V(15V、-5V、-5V)。MGJ1 和 MGJ2 SMD 系列具有 1W 和 2W 的输出功率，使用内部齐纳二极管进行分压，提供特定的正负栅极驱动电压，例如 +15V/-5V(由单个 20V 输出提供)、+15V/-9V(由单个 24V 输出提供)以及 +19V/-5V(由单个 24V 输出提供)。通过更改齐纳二极管可提供定制输出。　　总 结　　栅极驱动DC-DC电源模块在电机驱动系统中发挥着至关重要的作用，其高效的电能转换、精确的电压输出以及可靠的电气隔离性能直接影响着功率半导体器件的性能和整个系统的效率。　　此外，通过提高系统的抗干扰能力和运行安全性，这一模块为工业自动化、电动汽车及可再生能源领域的电机驱动解决方案提供了坚实的技术基础。　　未来，随着功率器件技术的不断进步，栅极驱动DC-DC模块将朝着更高效率、更高功率密度以及更强集成化的方向发展，为高性能电机驱动系统的发展做出更大的贡献。　　村田制作所提供全面的栅极驱动DC-DC电源模块产品线，可满足多样化的应用需求。我们诚邀您进一步了解我们的相关产品信息。
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发布时间：2026-05-07 13:11 阅读量：790 继续阅读>>
固态<span style='color:red'>驱动器</span>的功能包括哪些内容？
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固态驱动器的功能包括哪些内容？

　　固态驱动器相较传统的机械型驱动器，具有体积小、响应速度快、可靠性高等优点，作为现代智能控制系统中的关键组件被广泛应用于工业自动化、通讯设备及电力系统等领域。那么，固态驱动器的功能包括哪些内容?　　一、固态驱动器定义　　固态驱动器是采用半导体元件实现控制与驱动功能的电子装置。通过电子开关元件如晶闸管、场效应管等，实现对被控设备或系统的精确控制，而无需机械触点，从而大幅提升系统的稳定性和寿命。　　二、固态驱动器的主要功能　　1. 信号放大与功率驱动　　固态驱动器能够将微弱的控制信号放大为足够的功率，驱动后级负载如继电器、电机、灯光等。通过有效放大控制电流或电压，保证负载设备正常运行。　　2. 电气隔离　　为了保护控制电路和负载电路的安全，固态驱动器常包含光电隔离等隔离措施，防止高电压或干扰信号传递至控制端，确保系统安全稳定。　　3. 输出开关控制　　固态驱动器能快速切换输出状态，实现开关功能。其无机械触点特性使得开关速度更快、寿命更长，同时减少了电弧和电气故障的危险。　　4. 过流、过压保护　　许多固态驱动器集成了各种保护电路，能够在负载异常时自动切断输出，防止设备损坏，提高系统的可靠性和安全性。　　5. 调节与控制功能　　部分先进的固态驱动器支持调光、调速等功能，通过调节输出参数满足不同负载或工况下的运行需求，提高设备的适应性和能效。　　6. 反馈与自诊断　　现代固态驱动器还具备反馈功能，可以对负载状态进行监测，并通过自诊断及时发现异常，方便维护和故障排查。　　三、固态驱动器的应用领域　　固态驱动器广泛应用于工业自动化生产线、机器人控制、照明系统及家电控制等多种场景，极大提升了系统的智能化程度和稳定性。　　总结来说，固态驱动器以其强大的信号放大、电气隔离、快速开关及保护功能，成为现代电子控制系统不可或缺的关键部件，被广泛应用生活中的各个角落中。
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发布时间：2026-04-28 10:51 阅读量：758 继续阅读>>
ST意法半导体推出宇航级高速<span style='color:red'>驱动器</span>，支持高速数据传输与低电压逻辑
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ST意法半导体推出宇航级高速驱动器，支持高速数据传输与低电压逻辑

　　意法半导体的RHFLVDS41低电压差分信号驱动器为宇航应用提供更高的数据速率，在QML-V认证器件中树立了高达600Mbps数据传输速率的新性能标杆。该驱动器具备2.3V至3.6V的宽工作电压范围，兼容最新的低电压逻辑与低供电电压标准(如TIA/EIA-644和Jedec)，同时支持传统的CMOS器件。　　RHFLVDS41不仅提升了性能与灵活性，还通过4.8V绝对最大额定电压、300krad总电离剂量耐受度和8kV静电放电防护能力，增强了系统的鲁棒性与可靠性。其抗重离子能力包括：在125MeV·cm²/mg条件下无单粒子闩锁，在62.5MeV·cm²/mg条件下无单粒子瞬态。该器件采用经过宇航验证超过10年的高端130nm纯CMOS工艺。　　通过优化的直通式引脚布局，RHFLVDS41有助于优化PCB空间利用率并均衡信号走线长度，从而减轻宇航级高速接口和振荡器模块的重量与布线复杂度。　　RHFLVDS41符合EAR99出口管制条例，可轻松融入全球(包括美国和亚洲)供应链体系。该器件在欧洲设计，并在意法半导体法国雷恩的宇航级工厂制造。　　RHFLVDS41采用通用的Flat-16金属接地封装，也可提供裸片版本，以满足对空间和重量要求严苛的应用。工程模型和飞行模型现已供货。
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发布时间：2026-02-26 13:58 阅读量：1159 继续阅读>>
极海电机产品线再扩容：首款GHP500N05智能功率模块与GHD1620T电机专用栅极<span style='color:red'>驱动器</span>双箭齐发
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极海电机产品线再扩容：首款GHP500N05智能功率模块与GHD1620T电机专用栅极驱动器双箭齐发

　　电机控制器作为动力调节和运动控制的核心模块，广泛应用在工业自动化、新能源汽车、机器人、无人机等领域。在科技持续革新的推动下，电机驱动与控制技术正经历多维突破，其核心器件电机驱动IC正加速向高效率、高集成、智能化方向演进。　　面向电机市场用户需求，极海持续拓展电机专用芯片产品阵容，致力于为用户提供多元化产品选择。为满足用户在系统设计上的多样化需求，极海正式推出 GHD1620T 600V电机专用栅极驱动器及首款GHP500N05智能功率模块IPM新品。　　GHD1620T：600V双N沟道单相电机专用栅极驱动器　　GHD1620T内部集成低压差自举二极管，可为高侧电路提供足够的电压驱动开关;同时内置温度传感器输出，实现温度补偿和自适应控制，优化电机控制能效;支持宽电压范围10V~20V，提供3.3V/5V逻辑输入兼容，悬浮偏移电压+600V，适用于各种直流无刷/有刷电机应用方案。GHD1620T芯片框图　　该系列产品内置多重保护功能，如VCC/VBS欠压保护、过温保护、直通防止功能以及内置400ns死区时间，可有效保护功率器件稳定运行。　　内嵌输入/输出下拉电阻，提供稳定的驱动能力;具备高低侧通道匹配和输出/输入同相，简化控制逻辑，有效提升电机效率;峰值输出电流45mA@15V，1nF负载上升时间550ns;峰值输入电流230mA@15V，1nF负载下降时间70ns，有效降低功率器件开关损耗。　　GHP500N05：500V/5A高性能MOSFET半桥电机IPM　　极海推出的首款智能功率模块GHP500N05，集成600V耐压栅极驱动器及500V /5A高性能快恢复MOSFET，内置自举二极管、温度传感器输出以及具备多重保护功能，实现驱动+MOSFET一体化，简化外围电路设计，提升系统效率。GHP500N05芯片框图　　GHP500N05支持电源电压工作范围10V~20V，3.3V/5V逻辑输入兼容，实现与不同逻辑电平电路工作;内置直通防止功能和400ns死区时间，防止直通触发短路，提升电路安全性与稳定性;具备50V/ns的dvs/dt抗干扰度，VS引脚逻辑运行电压-11V，逻辑输入负电压容差-11V，确保模块在电压快速变化时仍能正常工作。　　应用场景　　产品均可应用于：高压吊扇、高速风筒、油烟机、高压水泵等场景。　　极海具备完善的电机生态系统，配备工具链、多场景DEMO以及快速响应的技术支持服务，为客户提供一站式开发体验，助力客户缩短产品上市周期。极海还将持续为电机应用市场推出高效率、低功耗、小型化、集成化的产品及解决方案，以满足客户在工业控制、新能源汽车、智能机器人、智能家电等领域深度开发需求。　　●GHD1620T芯片工作温度范围为-40℃~105℃，提供SOP8封装　　●GHP500N05芯片工作温度范围为-40℃~105℃，提供ESOP9封装
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发布时间：2026-02-06 16:32 阅读量：1433 继续阅读>>
Microchip推出新型600V栅极<span style='color:red'>驱动器</span>
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Microchip推出新型600V栅极驱动器

　　Microchip Technology宣布推出其600V栅驱动器系列，包含12款器件，提供半桥、高侧/低侧和三相驱动配置。基于Microchip的电源管理解决方案，这些高压栅极驱动器旨在促进工业和消费应用的电机控制和功率转换系统的开发。　　600V门极驱动器实现快速切换和高效性能，当前驱动功率范围从600mA到4.5A不等。它们支持3.3V逻辑，实现与微控制器的无缝集成。这些栅极驱动器设计具有增强的抗噪能力、施密特触发输入和内部死区以保护MOSFET，能够在高噪声环境中实现可靠的性能。　　Microchip模拟电源与接口部门副总裁Rudy Jaramillo表示：“Microchip的600V门极驱动器为我们的客户提供了应对复杂电机控制和电力转换挑战所需的可靠性和效率。这些器件帮助工程师更快、更有信心地将功率系统推向市场。”　　为了实现全面的系统解决方案，Microchip的电机控制和功率转换产品可以与公司的MCU和MOSFET一起使用。这些门极驱动力支持工业系统电气化、可再生能源增长以及对紧凑高效电机控制解决方案需求的增长等行业趋势。　　Microchip提供多种栅极驱动器产品，支持从直流-直流电源到多种电机应用的广泛应用，同时促进高设计灵活性、系统效率和稳健运行。　　Microchip Technology Inc 开发嵌入式控制与处理解决方案，旨在实现安全、互联和智能应用。凭借广泛的产品组合和简化的开发工具，公司支持高效的系统设计，旨在降低开发风险、成本和部署时间。Microchip 服务全球超过 10 万客户，其技术应用于工业、汽车、消费电子、航空航天与国防、通信及计算机等多个领域。公司总部位于亚利桑那州钱德勒，专注于可靠的产品交付、高质量的制造质量和强大的技术支持。
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发布时间：2026-01-27 10:08 阅读量：1295 继续阅读>>
荣湃 Pai8233X 隔离<span style='color:red'>驱动器</span>干货：使用注意事项 + 常见问题全解析
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荣湃 Pai8233X 隔离驱动器干货：使用注意事项 + 常见问题全解析

　　Pai8233X是基于荣湃iDivider技术开发的双通道隔离栅极驱动器，具有4A的峰值源电流和8A的峰值灌电流，最高开关频率可达5MHz，适用于MOSFET、IGBT和SiC MOSFET的栅极驱动。每个驱动器都可以作为两个低端驱动器、两个高端驱动器或一个可编程死区时间(DT)的半桥驱动器使用。输入VCCI支持3V至5.5V的范围，使该驱动器适合与模拟和数字控制器接口。输出侧欠压保护支持6V、9V、12V三种电平，每个器件都支持高达25V的VDD电源电压。具有供电范围广、传输延时低、CMTI能力强等特点。　　01使用注意事项　　为应对高频、大功率等复杂工况下隔离栅极驱动器的误动作与损坏风险，保证系统安全可靠工作，须在系统电路设计及PCB布局时，留意以下芯片使用相关的注意事项。图1 Pai8233X典型应用原理图　　1.1 输入端口滤波器　　为抑制PCB长走线或布局不当引入的输入噪声，建议在INA/INB端口配置RC滤波器(RIN: 0~100Ω，CIN: 10~100pF)。具体参数需在信号抗扰度与传播延时之间取得平衡。　　1.2 供电去耦电容/自举电容　　荣湃Pai8233X系列隔离驱动器的逻辑侧(VCCI)供电范围为3-5.5V，高压侧(VDDA/VDDB)最大工作电压25V。为提高工作鲁棒性并抑制电源噪声，建议在逻辑侧VCCI引脚至GND引脚采用100nF和1uF(16V/X7R)的低ESR和低ESL的标贴型多层陶瓷电容器(MLCC)并联组合。同理，在高压侧推荐VDDX引脚至VSSX引脚采用100nF和10uF(50V/X7R)的MLCC并联组合。需要注意的是，所有去耦电容应紧邻VCCI/VDDX引脚和GND/VSSX引脚放置。　　1.3 栅极驱动电阻　　合理选型栅极驱动电阻可抑制由PCB寄生参数、高电压/电流开关dv/dt、di/dt及体二极管反向恢复引起的振铃，改善EMI表现，并优化开关损耗与驱动速度。电阻值过小可能导致电压过冲与开关过快;电阻值过大则易引起开关速度降低和开关损耗过大，不利于驱动性能。栅极驱动电阻对功率器件的性能与鲁棒性具有重要影响，为了平衡系统效率和电磁干扰性能，设计中应综合考虑系统需求进行选型，其驱动电流峰值可参考下式计算：　　其中，ROH/ROL为驱动芯片导通/关断输出内阻，RON/ROFF为外部栅极导通/关断电阻，RGFET_int为功率管内部栅极电阻(可查对应功率管数据表)。　　1.4 栅极-源极并联电阻/电容　　MOS管的栅漏寄生电容(米勒电容)会在开关过程中导致栅极电压波动。当漏极电压快速变化时，米勒电容会将漏极电压的变化耦合到栅极，可能使栅极电压超过阈值，导致MOS管在关断状态下误导通。在栅极和源极之间并联电阻、电容，可以增加米勒电容电流释放路径，增大栅源电容的容值，分担米勒电容耦合的电压，从而降低栅极电压的波动幅度，减少误导通的风险。此外，并联CGS可以减小谐振频率，减小在开关过程中栅极的振铃幅度，使栅极电压波形更平滑、更稳定。RGS通常在5kΩ~20kΩ之间，CGS通常在100pF~10nF之间，具体可根据实际应用场景进行选择。　　02常见问题汇总　　1、死区时间Dead Time如何设置?　　答：Pai8233X 允许用户通过以下方式设置死区时间(DT)：　　DT引脚连接到VCCI：没有死区时间，A、B两路输出信号可以同时为高。　　DT引脚悬空或通过编程电阻连接到GND：如果DT引脚保持开路，则死区时间(tDT)设置为<15ns。如果DT引脚通过电阻与GND相连，死区时间tDT可以电阻RDT来设置。死区时间可以用公式tDT ≈ 10×RDT来计算。电阻RDT的单位kΩ，死区时间tDT的单位ns。　　当DT功能激活时，如果两个输入同时为高，则两个输出将立即变为低，此功能可以防止直通，并且不会影响正常工作时的死区时间。各种输入输出情况下死区逻辑关系如下图。图2. 输入、输出、死区逻辑关系　　2、DT引脚在芯片上电后还能更改配置模式吗?　　答：DT引脚只有在上电的时刻会去识别配置模式，一旦确定后就无法更改，除非重新下电。但是如果配置模式为接RDT到GND的模式，上电时可以通过更改电阻来修改DT时间，但无法在上电状态下更改成其他的配置模式。　　3、通过电阻RDT配置的硬件死区时间与上位机软件设置的死区时间如何选择?　　答：通过电阻RDT配置的硬件死区时间与上位机软件设置的死区时间应按照最大值进行选择。即当硬件死区时间大于上位机软件设置的死区时间时，则隔离驱动器将按照硬件死区时间进行工作。当上位机软件设置的死区时间大于硬件死区时间时，则隔离驱动器将按照上位机软件设置的死区时间进行工作。　　4、为了提高驱动器的驱动能力，能否将Pai8233X的两个驱动通道并联使用?　　答：不建议将双通道隔离驱动器的两个通道并联使用。因为并联使用对器件同步性能要求很高，Pai8233X的两个驱动通道之间有传播延时差异(一般<5ns)，且Pai8233X的默认输出状态为低电平。如果通道间出现传播延时差异，可能会导致驱动器上通道与下通道短路，最终无法实现驱动功能。荣湃目前已推出驱动能力更强的双通道隔离驱动器Pai8236X系列，峰值源电流和灌电流均达10A。如果需要更强驱动能力的芯片，可以选择此系列产品。　　5、双通道隔离驱动器如何实现负压偏置电路?　　由PCB布局非理想或MOS封装引线引入的寄生电感，可能导致功率管在开关过程中出现栅极电压振铃。若振铃超过阈值电压，将引发误导通甚至器件击穿的风险。为将振铃电压抑制在安全范围内，施加负栅极偏置是一种常用且有效的解决方案，以下是几种典型实现电路。　　图3显示了一个示例，在二次侧隔离电源上使用齐纳二极管构造一个负电源电压，为驱动器输出提供负压，让开关管实现负压关断。用户可以根据实际需求，选择不同钳位电压的齐纳二极管ZX，实现相应的关断负压值。此电路需要2路独立的隔离电源用于实现半桥配置，并且RZ上存在稳态功耗。图3. 利用2路独立电源输出级上的齐纳二极管生成负偏置　　图4显示了一个使用两组独立/四路电源的解决方案。每组电源VDDX有2路输出(VX+和VX-)。电源VX+决定驱动输出电压，VX-决定负电压关断。此方案比第一个例子所需的电源数量多，但在设置正负电源电压时更具有灵活性。图4. 利用两组/四路电源生成负偏置　　图5所示的方案采用单电源与齐纳二极管生成负偏置，结构简单、成本最低，并兼容自举高侧驱动。但需注意其存在以下局限：(1)负栅极驱动偏置同时受齐纳二极管和占空比共同影响。负偏置的能量来自于驱动信号高电平器件对耦合电容的充电，这意味着占空比决定了每个周期内对耦合电容的充电时间。因此，在此方案中，使用变频谐振转换器等具有固定占空比(约50%)的转换比较有利。(2)高侧VDDA-VSSA必须维持足够的电压来保持在建议的电源电压范围内，这意味着必须保证低侧有足够的导通时间来刷新自举电容器。因此高侧驱动无法实现100%占空比。图5. 利用单电源和栅极驱动路径上的齐纳二极管生成负偏置　　总 结　　为方便客户设计负压关断电路，荣湃现已推出集成负压偏置功能的隔离驱动产品Pai8236XNX。该芯片内部集成负偏压功能，无需外部增加额外电路元器件。
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发布时间：2026-01-08 15:40 阅读量：1179 继续阅读>>

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