功率半導體驅動(dòng)電路是集成電路的一個(gè)重要子類(lèi)，功能強大，用于IGBT的驅動(dòng)IC除了提供驅動(dòng)電平和電流，往往帶有驅動(dòng)的保護功能，包括退飽和短路保護、欠壓關(guān)斷、米勒鉗位、兩級關(guān)斷、軟關(guān)斷、SRC(slew rate control)等，產(chǎn)品還具有不同等級的絕緣性能。但作為集成電路，其封裝決定了最大功耗，驅動(dòng)IC輸出電流有的可以做到10A以上，但還是不能滿(mǎn)足大電流IGBT模塊的驅動(dòng)需求，本文將討論IGBT驅動(dòng)電流和電流擴展問(wèn)題。

如何拓展驅動(dòng)器電流

當需要增加驅動(dòng)電流時(shí)，或驅動(dòng)大電流、大柵極電容的IGBT時(shí)，就需要為驅動(dòng)集成電路拓展電流。

采用雙極性晶體管

利用互補射極跟隨器實(shí)現電流拓展是 IGBT柵極驅動(dòng)器最典型的設計，射極跟隨器晶體管輸出電流由晶體管的直流增益hFE或β和基極電流IB決定，當驅動(dòng)IGBT所需要的電流大于IB*β，這時(shí)晶體管將進(jìn)入線(xiàn)性工作區，輸出的驅動(dòng)電流不足，這時(shí)IGBT電容的充電和放電速度會(huì )變慢，IGBT損耗增加。具體計算案例最后講。

互補射極跟隨器實(shí)現電流拓展電路

采用MOSFET

MOSFET也可以用于驅動(dòng)器的電流擴展，電路一般由PMOS+NMOS構成，但電路結構的邏輯電平與晶體管推挽相反。設計中上管PMOS的源極與正電源相聯(lián)，柵極低于源極的一個(gè)給定電壓PMOS就導通，而驅動(dòng)集成電路輸出一般是高電平開(kāi)通，所以采用PMOS+NMOS結構時(shí)可能設計中需要一個(gè)反相器。

用雙極晶體管還是MOSFET？

（1）效率差異，通常在大功率應用中，開(kāi)關(guān)頻率不是很高，所以導通損耗是主要的，這時(shí)晶體管有優(yōu)勢。目前不少高功率密度設計，例如電動(dòng)汽車(chē)電機驅動(dòng)器，密閉箱體內散熱困難，溫度高，這時(shí)效率非常重要，可以選擇晶體管電路。
（2） 雙極晶體管解決方案的輸出有VCE(sat)造成的電壓降，需要提高供電電壓來(lái)補償驅動(dòng)管VCE(sat) 以實(shí)現15V的驅動(dòng)電壓，而MOSFET解決方案幾乎可以實(shí)現一個(gè)軌至軌的輸出。
（3）MOSFET的耐壓，VGS僅20V左右，這在使用正負電源時(shí)可能是個(gè)需要注意的問(wèn)題。
（4）MOSFET的Rds(on)有負的溫度系數，而雙極晶體管有正的溫度系數，MOSFET并聯(lián)時(shí)有熱失控問(wèn)題。
（5）如果驅動(dòng)Si/SiC MOSFET，雙極型晶體管的開(kāi)關(guān)速度通常比驅動(dòng)對象MOSFET要慢，這時(shí)應該考慮采用MOSFET擴展電流。
（6）輸入級對ESD和浪涌電壓的魯棒性，雙極型晶體管PN結與MOS柵極氧化物相比有明顯優(yōu)勢。

雙極晶體管和MOSFET特性不一樣，用什么還是需要您自己按照系統設計要求決定。

擴展驅動(dòng)集成電路電流的設計要點(diǎn)雜談:

以1ED020I12-F2電流拓展設計為例，例子中帶有源米勒鉗位功能：

當應用外部電流擴展Booster時(shí)，會(huì )對應用電路功能產(chǎn)生一些限制，也會(huì )對驅動(dòng)IC的特性產(chǎn)生影響。在此給出一些提示，供設計考慮。

（1）Booster電路中的PNP管同時(shí)也有鉗位功能，但在RG柵極電阻的另一側鉗位電流受限于柵極電阻阻值，效果不太理想時(shí)，這樣需要專(zhuān)門(mén)的米勒鉗位電路直接接到IGBT柵極，如1ED020I12_F2中的有源米勒箝位功能CLAMP管腳。
1ED020I12-F2系列的有源米勒箝位功能可與外部booster一起使用，當米勒電流大于驅動(dòng)IC的最大箝位能力時(shí)（1ED020I12-F2為2A），需要增加一個(gè)PNP管進(jìn)行拓展米勒鉗位能力。就是圖中的PNP_CLAMP。在柵極電阻前的PNP_CLAMP晶體管應該具有與Booster的PNP晶體管相同的電流能力。
RP作為上拉電阻是出于安全考慮，推薦值為10kΩ，以保證電流在毫安級范圍內，不希望太高的功耗 。
（2）一般正負電源供電不再需要源米勒鉗位，如果要用的話(huà)，可以用拓展有源米勒鉗制PNP_CLAMP，并把VEE2和GND2分開(kāi)（本例子中是連在一起的）。
（3）DESAT（退飽和檢測）功能不受外部Booster的影響。
（4）當使用外部Booster時(shí)，1ED020I12-FT/BT驅動(dòng)IC的TLTO（兩電平關(guān)斷）功能無(wú)法實(shí)現。
（5）電源退耦電容CVCC2，需要根據外部Booster電路的情況進(jìn)行增加，以保證電源電壓的質(zhì)量，使它足以支持全部電路的功耗。
（6）在進(jìn)行PCB設計布局時(shí)，應避免大的寄生電感和寄生電容，如縮短回路，避免高dv/dt路徑與接地路徑之間的重疊等等。
（7）要注意Booster的功耗，特別是雙極型晶體管功耗需要設計中認真對待，不要把它放在PCB上最熱的地方。

推薦的Booster器件：

Diode公司有適用于驅動(dòng)Booster的晶體管，有的規格還有汽車(chē)級版本。

譬如：ZX5T851G NPN和ZX5T951G PNP 6A 60V的對管，其飽和壓降只有0.26Vmax。fT高達120-130MHz

簡(jiǎn)單圖示設計實(shí)例：

結 論

雖然EiceDRIVER™新的系列產(chǎn)品驅動(dòng)電流可以在10A以上，但在中大功率模塊驅動(dòng)中通過(guò)外接雙極型三極管或MOSFET擴展電流是常見(jiàn)的設計，也是工程師要掌握的基本功。設計要從基極電阻RB選取著(zhù)手，通過(guò)計算和測試決定基極電阻選值。Booster電路設計可以參考《IGBT模塊：技術(shù)、驅動(dòng)和應用》一書(shū)的多個(gè)章節，本文簡(jiǎn)單列舉了用于電流拓展的三極管或MOSFET在各自電路上的表現，以及Booster電路在與驅動(dòng)IC配合中的設計要點(diǎn)。