گیت درایور یک تقویت کننده برق است که یک ورودی کم مصرف را از یک کنترلر آی سی دریافت می کند و یک ورودی درایو با جریان بالا برای گیت یک ترانزیستور با قدرت بالا مانند IGBT یا ماسفت (MOSFET) تولید می کند. گیت درایورها به صورت یک تراشه یا یک ماژول جداگانه تولید می شوند.
تاریخچه تولید گیت درایور
در سال 1989، کمپانی International Rectifier (IR) اولین محصول گیت درایور HVIC یکپارچه را معرفی کرد. تکنولوژی مدار یکپارچه ولتاژ بالا (HVIC) از ساختارهای یکپارچه انحصاری و اختصاصی ادغام دستگاه های دو قطبی، CMOS و DMOS جانبی با ولتاژ شکست بالای 700 ولت و 1400 ولت برای ولتاژهای آفست 600 ولت و 1200 ولت عملیاتی استفاده می کند. سپس در سال 2015، این کمپانی توسط Infineon Technologies خریداری شد.
ویژگیهای گیت درایور
اساساً یک گیت درایور از یک لول شیفتر (level shifter) در ترکیب با یک تقویت کننده تشکیل شده است. یک درایور آی سی به عنوان واسط بین سیگنال های کنترل (کنترلرهای دیجیتال یا آنالوگ) و سوئیچ های برق (IGBT, MOSFET, SiC MOSFET و GaN HEMT) عمل می کند. یک گیت درایور یکپارچه در مقایسه با مدل گسسته آن، پیچیدگی طراحی، زمان توسعه، هزینه قطعات (BOM) و فضای مصرفی بورد را کاهش می دهد و قابلیت اطمینان را نیز بهبود می بخشد.
تکنولوژی HVIC
با استفاده از تکنولوژی HVIC با سیگنال مختلط، هم مدارهای level-shifting ولتاژ بالا و هم مدارهای آنالوگ و دیجیتال با ولتاژ پایین قابل اجرا هستند. با داشتن قابلیت قرار دادن مدار ولتاژ بالا (که به صورت حلقه های پلی سیلیکونی شکل گرفته)، می تواند 600 ولت یا 1200 ولت را در همان سیلیکون، دور از بقیه مدارهای ولتاژ پایین، ماسفت های قدرت یا IGBT ، در بسیاری از توپولوژی های مدارهای off-line مانند buck، تقویت همزمان (synchronous boost)، half-bridge ، full-bridge و سه فاز وجود دارد. گیت درایورهای HVIC با سوئیچ های شناور برای توپولوژی هایی که نیاز به تنظیمات سطح بالا (high-side)، half-bridge و سه فاز دارند، مناسب هستند.
عملکرد گیت درایور چگونه است؟
بر خلاف ترانزیستورهای دو قطبی، ماسفت ها تا زمانیکه روشن یا خاموش نشوند، به ورودی برق دائمی نیاز ندارند. الکترود گیت ایزوله شده ماسفت یک خازن (خازن گیت) را تشکیل می دهد که هر بار ماسفت روشن یا خاموش می شود باید شارژ یا تخلیه شود. از آنجا که یک ترانزیستور برای روشن شدن نیاز به ولتاژ گیت خاصی دارد، برای روشن شدن ترانزیستور خازن گیت باید به اندازه حداقل ولتاژ گیت مورد نیاز شارژ شود. به طور مشابه، برای خاموش کردن ترانزیستور ، این شارژ باید تخلیه شود، به این معنا که خازن گیت درایور باید تخلیه شود.
سیگنال سوئیچینگ برای ترانزیستور معمولاً توسط یک مدار منطقی یا میکروکنترلر تولید می شود که یک سیگنال خروجی تولید می کند که معمولاً در حدود چند میلی آمپر جریان است. در نتیجه، یک ترانزیستور که مستقیماً توسط چنین سیگنالی هدایت می شود، بسیار کند است و با از دست دادن قدرت نسبتاً بالایی تغییر خواهد کرد. هنگام سوئیچ کردن، خازن گیت ترانزیستور، جریان را به سرعت جذب می کند که باعث افزایش جریان در مدار منطقی یا میکروکنترلر می شود و همچنین باعث گرم شدن بیش از حد می شود بطوریکه منجر به آسیب یا حتی نابودی کامل تراشه می شود. برای جلوگیری از وقوع این امر، یک گیت درایور بین سیگنال خروجی میکروکنترلر و ترانزیستور برق قرار می گیرد.
پمپ شارژ در گیت درایورها
پمپ های شارژ اغلب در H-Bridge ها در درایورهای جانبی بالا برای گیت درایورهای ماسفت n کاناله و IGBT به کار می رود. این پمپ ها به دلیل عملکرد خوبشان استفاده می شوند، اما به ولتاژ گیت درایو بالاتر از ولتاژ منبع تغذیه نیاز دارند. هنگامیکه مرکز یک half bridge پایین می رود، خازن از طریق دیود شارژ می شود و این شارژ به کار می رود تا بعداً ولتاژ گیت FET را از ولتاژ منبع یا ولتاژ پین امیتر، چند ولت بالاتر ببرد تا روشن شود. این استراتژی به خوبی کار می کند و bridge (پل) بطور مرتب سوئیچ می شود و از پیچیدگی در اجرای یک منبع تغذیه جداگانه جلوگیری می کند و اجازه می دهد تا دستگاههای n کاناله کارآمدتری برای هر دو سوئیچ بالا و پایین استفاده شود.
