गेट चालक

गेट ड्राइवर एक शक्ति प्रवर्धक है जो कंट्रोलर एकीकृत परिपथ  से कम-पावर इनपुट स्वीकार करता है और एक हाई-पावर ट्रांजिस्टर जैसे IGBT या पावर MOSFET के गेट के लिए एक हाई-करंट ड्राइव इनपुट उत्पन्न करता है। गेट ड्राइवरों को ऑन-चिप या असतत मॉड्यूल के रूप में प्रदान किया जा सकता है। संक्षेप में, एक गेट ड्राइवर में एक प्रवर्धक के साथ संयोजन में एक तुलनित्र # स्तर शिफ्टर होता है। एक गेट ड्राइवर आईसी कंट्रोल सिग्नल (डिजिटल या एनालॉग कंट्रोलर) और पावर स्विच (IGBTs, MOSFETs, SiC MOSFETs, और गैलियम नाइट्राइड  उच्च इलेक्ट्रॉन गतिशीलता ट्रांजिस्टर ) के बीच इंटरफेस के रूप में कार्य करता है। एक एकीकृत गेट-ड्राइवर समाधान डिजाइन की जटिलता, विकास के समय, सामग्रियों के बिल (बीओएम) और बोर्ड स्पेस को कम करता है जबकि विवेकपूर्ण रूप से कार्यान्वित गेट-ड्राइव समाधानों पर विश्वसनीयता में सुधार करता है।

इतिहास
1989 में, अंतर्राष्ट्रीय सुधारक  | इंटरनेशनल रेक्टिफायर (IR) ने पहला अखंड HVIC गेट ड्राइवर उत्पाद पेश किया, हाई-वोल्टेज इंटीग्रेटेड सर्किट (एचवीआईसी) तकनीक 700 से ऊपर के ब्रेकडाउन वोल्टेज वाले द्विध्रुवी, CMOS और पार्श्व DMOS उपकरणों को एकीकृत करने वाली पेटेंट और मालिकाना मोनोलिथिक संरचनाओं का उपयोग करती है। V और 1400 V 600 V और 1200 V के ऑपरेटिंग ऑफ़सेट वोल्टेज के लिए।

इस मिश्रित-सिग्नल एचवीआईसी तकनीक का उपयोग करके, हाई-वोल्टेज लेवल-शिफ्टिंग सर्किट और लो-वोल्टेज एनालॉग और डिजिटल सर्किट दोनों को लागू किया जा सकता है। हाई-वोल्टेज सर्किट्री (पॉलीसिलिकॉन रिंग्स द्वारा गठित 'वेल' में) रखने की क्षमता के साथ, जो 600 V या 1200 V को 'फ्लोट' कर सकता है, उसी सिलिकॉन पर बाकी लो-वोल्टेज सर्किट्री से दूर, हाई-साइड पॉवर MOSFETs या IGBT कई लोकप्रिय ऑफ-लाइन सर्किट टोपोलॉजी जैसे बक, सिंक्रोनस बूस्ट, हाफ-ब्रिज, फुल-ब्रिज और थ्री-फेज में मौजूद हैं। फ़्लोटिंग स्विच वाले एचवीआईसी गेट ड्राइवर उच्च-पक्ष, आधा-पुल और तीन-चरण कॉन्फ़िगरेशन की आवश्यकता वाले टोपोलॉजी के लिए उपयुक्त हैं।

उद्देश्य
द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर के विपरीत, MOSFETs को निरंतर बिजली इनपुट की आवश्यकता नहीं होती है, जब तक कि उन्हें चालू या बंद नहीं किया जा रहा हो। MOSFET का पृथक गेट-इलेक्ट्रोड एक संधारित्र  (गेट कैपेसिटर) बनाता है, जिसे हर बार MOSFET के चालू या बंद होने पर चार्ज या डिस्चार्ज किया जाना चाहिए। चूंकि एक ट्रांजिस्टर को स्विच ऑन करने के लिए एक विशेष गेट वोल्टेज की आवश्यकता होती है, ट्रांजिस्टर को चालू करने के लिए गेट कैपेसिटर को कम से कम आवश्यक गेट वोल्टेज से चार्ज किया जाना चाहिए। इसी प्रकार, ट्रांजिस्टर को बंद करने के लिए, इस चार्ज को समाप्त किया जाना चाहिए, अर्थात गेट कैपेसिटर को डिस्चार्ज किया जाना चाहिए।

जब एक ट्रांजिस्टर को चालू या बंद किया जाता है, तो यह तुरंत एक गैर-संवाहक से एक संचालन अवस्था में नहीं जाता है; और क्षणिक रूप से उच्च वोल्टेज दोनों का समर्थन कर सकता है और उच्च धारा का संचालन कर सकता है। नतीजतन, जब एक ट्रांजिस्टर पर स्विच करने के लिए गेट करंट लगाया जाता है, तो एक निश्चित मात्रा में गर्मी उत्पन्न होती है, जो कुछ मामलों में ट्रांजिस्टर को नष्ट करने के लिए पर्याप्त हो सकती है। इसलिए, स्विचिंग समय को यथासंभव कम रखना आवश्यक है, ताकि कम से कम किया जा सके switching loss. विशिष्ट स्विचिंग समय माइक्रोसेकंड की सीमा में होते हैं। एक ट्रांजिस्टर का स्विचिंग समय गेट को चार्ज करने के लिए उपयोग किए जाने वाले विद्युत प्रवाह की मात्रा के व्युत्क्रमानुपाती होता है। इसलिए, कई सौ मिलीमीटर की सीमा में या यहां तक ​​​​कि एम्पीयर की सीमा में स्विचिंग धाराओं की आवश्यकता होती है। लगभग 10-15V के विशिष्ट गेट वोल्टेज के लिए, स्विच को चलाने के लिए कई वाट बिजली की आवश्यकता हो सकती है। जब बड़ी धाराओं को उच्च आवृत्तियों पर स्विच किया जाता है, उदा। डीसी-टू-डीसी कनवर्टर या बड़े विद्युत मोटर्स  में, कई ट्रांजिस्टर समानांतर में प्रदान किए जाते हैं, ताकि पर्याप्त उच्च स्विचिंग करंट और स्विचिंग पावर प्रदान की जा सके।

एक ट्रांजिस्टर के लिए स्विचिंग सिग्नल आमतौर पर एक लॉजिक सर्किट या एक microcontroller  द्वारा उत्पन्न होता है, जो एक आउटपुट सिग्नल प्रदान करता है जो आमतौर पर करंट के कुछ मिलीमीटर तक सीमित होता है। नतीजतन, एक ट्रांजिस्टर जो सीधे इस तरह के एक संकेत द्वारा संचालित होता है, बहुत धीरे-धीरे स्विच करेगा, इसी तरह उच्च शक्ति हानि के साथ। स्विचिंग के दौरान, ट्रांजिस्टर का गेट संधारित्र इतनी तेज़ी से करंट खींच सकता है कि यह लॉजिक सर्किट या माइक्रोकंट्रोलर में करंट ओवरड्रॉ का कारण बनता है, जिससे ओवरहीटिंग होती है जिससे चिप को स्थायी नुकसान या पूर्ण विनाश भी होता है। ऐसा होने से रोकने के लिए, माइक्रोकंट्रोलर आउटपुट सिग्नल और पावर ट्रांजिस्टर के बीच एक गेट ड्राइवर प्रदान किया जाता है।

हाई साइड एन-चैनल पावर MOSFETs और IGBTs को गेट ड्राइविंग के लिए हाई साइड ड्राइवरों में चार्ज पंप का उपयोग प्रायः H-Bridges में किया जाता है। इन उपकरणों का उपयोग उनके अच्छे प्रदर्शन के कारण किया जाता है, लेकिन पावर रेल से कुछ वोल्ट ऊपर गेट ड्राइव वोल्टेज की आवश्यकता होती है। जब एक आधे पुल का केंद्र कम हो जाता है तो संधारित्र को एक डायोड के माध्यम से चार्ज किया जाता है, और इस चार्ज का उपयोग बाद में उच्च पक्ष FET गेट के गेट को स्रोत या एमिटर पिन के वोल्टेज से कुछ वोल्ट ऊपर चलाने के लिए किया जाता है ताकि इसे चालू किया जा सके। यह रणनीति अच्छी तरह से काम करती है बशर्ते पुल नियमित रूप से स्विच किया जाता है और एक अलग बिजली आपूर्ति चलाने की जटिलता से बचाता है और अधिक कुशल एन-चैनल उपकरणों को उच्च और निम्न स्विच दोनों के लिए उपयोग करने की अनुमति देता है।

बाहरी संबंध

 * Gate Driver ICs for IGBT and MOSFET
 * Power MOSFET Gate Drivers