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如何高效提升驅(qū)動(dòng)電路的電能轉(zhuǎn)換效率?

華普微HOPERF ? 2025-03-06 09:55 ? 次閱讀
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在現(xiàn)代各種復(fù)雜的工業(yè)電路中,柵極驅(qū)動(dòng)芯片雖不常被大眾提及,卻扮演著至關(guān)重要的角色。柵極驅(qū)動(dòng)芯片是低壓控制器高壓電路之間的緩沖電路,主要用于放大控制器的控制信號(hào),從而令功率器件實(shí)現(xiàn)更快速高效的導(dǎo)通和關(guān)斷,是保障電子設(shè)備穩(wěn)定、高效運(yùn)行的核心元件之一。

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驅(qū)動(dòng)芯片的類型(按結(jié)構(gòu)劃分)

電力電子應(yīng)用基于功率器件技術(shù),而無論是MOSFET、IGBT,還是SiC MOSFET等功率器件都需要相應(yīng)的柵極驅(qū)動(dòng)芯片(Gate Driver IC)。對(duì)于工程師而言,選擇一款合適的驅(qū)動(dòng)芯片不僅可以簡(jiǎn)化相應(yīng)電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)復(fù)雜度,還可以為項(xiàng)目開發(fā)節(jié)省時(shí)間,令其事半功倍。

柵極驅(qū)動(dòng)芯片,電氣系統(tǒng)中的核心助力

在光伏逆變器、儲(chǔ)能整流器、新能源汽車與白色家電等領(lǐng)域中,柵極驅(qū)動(dòng)芯片可向功率器件的柵極提供精確的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。以MOSFET為例,當(dāng)柵極驅(qū)動(dòng)芯片輸出高電平時(shí),會(huì)在MOSFET的柵極和源極之間建立起電場(chǎng),使得MOSFET的溝道導(dǎo)通,從而允許電流從漏極流向源極;當(dāng)輸出低電平時(shí),電場(chǎng)消失,溝道關(guān)閉,電流截止。這種精確的開關(guān)控制,能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電路中電流通斷的精準(zhǔn)管理。

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典型MOSFET管的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)示圖

此外,柵極驅(qū)動(dòng)芯片還可以調(diào)節(jié)功率器件的開關(guān)速度。在高頻應(yīng)用場(chǎng)景中,如開關(guān)電源的頻率達(dá)到幾百甚至上千赫茲時(shí),實(shí)現(xiàn)快速的開關(guān)速度不僅能夠提高電源的轉(zhuǎn)換效率,還能減少能量在開關(guān)過程中的損耗。同時(shí),通過合理控制開關(guān)速度,還可以降低功率器件在開關(guān)過程中產(chǎn)生的電磁干擾(EMI),提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

在傳統(tǒng)電機(jī)的控制鏈路方案中,由于MCU/DSP控制芯片輸出的信號(hào)功率較小,無法直接驅(qū)動(dòng)功率較大的功率器件。而柵極驅(qū)動(dòng)芯片具有功率放大的功能,它可以將控制芯片輸出的微弱信號(hào)進(jìn)行放大,為功率器件的柵極提供足夠的驅(qū)動(dòng)電流和電壓,確保功率器件能夠正常工作。同時(shí),柵極驅(qū)動(dòng)芯片還可以對(duì)輸入的控制信號(hào)進(jìn)行濾波、整形等調(diào)理操作,去除信號(hào)中的噪聲和毛刺,使驅(qū)動(dòng)信號(hào)更加穩(wěn)定和精確。

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傳統(tǒng)電機(jī)的控制鏈路方案簡(jiǎn)示圖

值得一提的是,柵極驅(qū)動(dòng)芯片通常還具有過流、過熱、過壓與欠壓保護(hù)等功能,能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)功率器件的電流、溫度與電壓,當(dāng)這些參數(shù)超過設(shè)定的安全閾值時(shí),柵極驅(qū)動(dòng)芯片會(huì)迅速采取降頻、關(guān)斷等措施,以保護(hù)功率器件,確保相應(yīng)電氣系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

柵極驅(qū)動(dòng)芯片,市場(chǎng)前景持續(xù)向好

據(jù)QYResearch公布數(shù)據(jù)分析,2024 年全球柵極驅(qū)動(dòng)芯片市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)達(dá)到12.35億美元,而預(yù)計(jì)到 2031年,全球柵極驅(qū)動(dòng)芯片市場(chǎng)規(guī)模將攀升至17.42億美元,柵極驅(qū)動(dòng)芯片的市場(chǎng)前景持續(xù)向好。

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為捉住市場(chǎng)機(jī)遇,同時(shí)響應(yīng)國(guó)家對(duì)關(guān)鍵元器件自主可控的號(hào)召,大力發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力,華普微將憑借著在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的技術(shù)積淀,以及對(duì)工業(yè)自動(dòng)化智能化與數(shù)字化需求的深刻理解,精準(zhǔn)切入柵極驅(qū)動(dòng)芯片賽道。

例如,HPD2606X就是華普微近期推出的一款高壓、高速功率MOSFET和IGBT驅(qū)動(dòng)器。該器件采用了專有的HVIC(高壓集成電路)技術(shù)及抗閂鎖CMOS工藝,具有穩(wěn)定的電路結(jié)構(gòu)。其邏輯輸入兼容標(biāo)準(zhǔn)CMOS或LSTTL電平信號(hào),最低可支持3.3V邏輯電壓。輸出驅(qū)動(dòng)級(jí)配置了高脈沖電流緩沖器,可有效抑制驅(qū)動(dòng)信號(hào)間的交叉導(dǎo)通。此外,通過浮置通道設(shè)計(jì),該器件可支持最高600V工作電壓的高邊配置,用于驅(qū)動(dòng)N溝道功率MOSFET或IGBT器件。

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HPD2606X典型應(yīng)用電路簡(jiǎn)示圖

當(dāng)前,半橋驅(qū)動(dòng)器HPD2606X已可廣泛應(yīng)用在家用空調(diào)、冰箱、洗衣機(jī)、烘干機(jī)、吸塵器、抽油煙機(jī)、風(fēng)扇等白色家電領(lǐng)域與電動(dòng)工具、無人機(jī)等工業(yè)場(chǎng)合

中。展望未來,隨著相關(guān)設(shè)備從“自動(dòng)”走向“智能”,以及能源轉(zhuǎn)換從“粗放”走向“精準(zhǔn)”,柵極驅(qū)動(dòng)芯片的重要性將日漸凸顯。

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