PCB科技 - 柵極驅動器在PFC電路設計中有什麼用途

為了創建無源PFC電路，有必要使用電容器和電感器等無源元件來新增電流導通角並平滑脈衝，以减少電流的諧波失真。 這種方法簡單可靠，但當功率高時，無源元件的尺寸和成本將成為一個大問題。 通過無源PFC設計獲得的功率因數（PF）只能達到0.9，並且會受到頻率、負載變化和輸入電壓的影響。

不同的拓撲結構可用於實現有源PFC電路，如升壓PFC（也稱為傳統PFC）、雙升壓無橋PFC和圖騰柱無橋PFCC。每個拓撲結構包含不同數量的有源組件，並有其自身的優點和缺點。 在設計PFC時應考慮每個拓撲的效率和額定功率，

然後决定使用哪種類型的控制器。 然而，許多設計者忽略的部分是連接到控制器開關FET的柵極驅動器。 柵極驅動器太常見了，不值得注意，但柵極驅動器在系統性能中起著重要作用。

柵極驅動器本質上是一個放大器，它使用最小的開關損耗將邏輯訊號新增到高電流和高電壓訊號，以快速導通和截止MOSFET或IGBT。 與啤酒相關的東西類似，功率開關MOSFET或IGBT就像啤酒龍頭的把手，門驅動器就像酒保的手部肌肉，控制器就像酒保大腦。 調酒師的技能和水龍頭把手的質量將影響玻璃杯中啤酒的實際量。

在PFC電路中，柵極驅動器切換升壓級中的電晶體以調整電流，迫使電流保持與正弦波電壓相同的相位。 那麼，柵極驅動器是如何影響PFC電路的效能的呢？ 幾個參數和函數起著至關重要的作用：

驅動電流。

儘管並非每個應用都需要强電流驅動（大的瞬態電流可能會導致電磁干擾（EMI）問題），但更高功率的應用將需要更强的電流驅動來同時驅動多個場效應電晶體（FET）。 囙此，高驅動電流為廣泛的電力應用提供了靈活性。

開關特性。

包括傳播延遲、延遲匹配以及訊號上升和下降時間。 切換時間將極大地影響電源開關的速度，使控制更加可預測和準確。 短延遲匹配還降低了故障風險，使設計更容易。

聯鎖功能。

擊穿保護，也稱為互鎖功能，在一些使用半橋或全橋電路的應用中非常重要。 在圖騰柱PFC中，兩個電源開關（高側FET和低側FET）交替導通和截止。如果兩個開關同時導通，電流將流過兩個FET，這可能會損壞系統。 互鎖功能可以防止擊穿，關閉兩個FET，並在短時間內打開其中一個。 如德州儀器公司的“基於GaN FET的CCM Totem Pole Bridgeless PFC”電源設計研討會論文所述，該設計使用兩個矽MOSFET和兩個氮化鎵（GaN）高電子遷移率電晶體（HEMT）來降低傳導損耗。 需要兩個驅動器：一個半橋驅動器驅動傳統的矽MOSFET，另一半橋驅動器驅動GaN電晶體。 TI的600V LMG3410 GaN功率級將橋式驅動器和GaN電晶體集成到一個封裝中，進一步降低了功耗並改善了EMI。 為了驅動矽FET，具有互鎖功能的橋式驅動器提高了設計的可靠性。

隨著越來越多的國家的法規要求更高的效率，PFC將越來越多地用於各種應用。 明智地選擇拓撲結構和組件可以提高PFC的效率並滿足需求。 別忘了大門司機和酒保的雙手肌肉。

柵極驅動器的重要性現在已經被理解，但大腦在PFC電路設計中發揮著更重要的作用。