原创 栅极驱动芯片，如何高效驱动工业自动化？

在现代各种工业设备的复杂电路中，栅极驱动芯片虽不常被大众提及，却扮演着至关重要的角色。栅极驱动芯片是低压控制器和高压电路之间的缓冲电路，主要用于放大控制器的控制信号，从而令功率器件实现更快速高效的导通和关断，是保障电子设备稳定、高效运行的核心元件之一。

驱动芯片的类型（按结构划分）

电力电子应用基于功率器件技术，而无论是MOSFET、IGBT，还是SiC MOSFET等功率器件都需要相应的栅极驱动芯片（Gate Driver IC）。选择一款合适的驱动芯片，不仅可以简化相应电气系统的设计复杂度，还可以为工程师节省研发时间，令其事半功倍。

栅极驱动芯片，电气系统中的核心助力

在光伏逆变器、储能整流器、新能源汽车与家电等领域中，栅极驱动芯片可向功率器件的栅极提供精确的驱动信号。以MOSFET为例，当栅极驱动芯片输出高电平时，会在MOSFET的栅极和源极之间建立起电场，使得MOSFET的沟道导通，从而允许电流从漏极流向源极；当输出低电平时，电场消失，沟道关闭，电流截止。这种精确的开关控制，能够实现对电路中电流通断的精准管理。

典型MOSFET管的结构简示图

此外，栅极驱动芯片还可以调节功率器件的开关速度。在高频应用场景中，如开关电源的频率达到几百甚至上千赫兹时，实现快速的开关速度不仅能够提高电源的转换效率，还能减少能量在开关过程中的损耗。同时，通过合理控制开关速度，还可以降低功率器件在开关过程中产生的电磁干扰（EMI），提高系统的稳定性和可靠性。

一般而言，MCU/DSP等控制芯片输出的信号功率较小，无法直接驱动功率较大的功率器件。而栅极驱动芯片具有功率放大的功能，它可以将控制芯片输出的微弱信号进行放大，为功率器件的栅极提供足够的驱动电流和电压，确保功率器件能够正常工作。同时，栅极驱动芯片还可以对输入的控制信号进行滤波、整形等调理操作，去除信号中的噪声和毛刺，使驱动信号更加稳定和精确。

电机驱动控制核心器件体系简示图

在一些复杂的电气系统中，通常需要驱动多个功率器件，而栅极驱动芯片可设置多个输出通道，每个输出通道都可以独立地驱动一个功率器件，并且还能保证各个通道之间的驱动信号具有准确的相位关系和时序，实现对多个功率器件的协同控制，使系统能够按照预期的方式运行。

在一些功率较大的电气系统中，功率电路与控制电路之间必须进行电气隔离，以防止高电压、大电流对控制电路中的敏感元件造成损坏，同时也保障操作人员的安全。栅极驱动芯片可集成电气隔离功能，将控制信号从低电压的控制侧传输到高电压的功率侧，实现控制电路和功率电路之间的电气隔离。同时，隔离式栅极驱动器还能有效抑制电磁干扰（EMI）和射频干扰（RFI），避免影响控制信号的准确性和稳定性。

隔离式栅极驱动电路简示图

值得一提的是，栅极驱动芯片还具有过流、过热、过压与欠压保护等功能，能够实时监测功率器件的电流、温度与电压，当这些参数超过设定的安全阈值时，栅极驱动芯片会迅速采取降频、关断等措施，以保护功率器件，确保电气系统的稳定运行。

栅极驱动芯片，市场前景持续向好

栅极驱动芯片作为现代电力电子系统的核心器件之一，其应用范围已深度渗透至工业自动化、光伏、储能、新能源汽车、消费电子及医疗设备等多个关键领域，并展现出了极其广泛的应用前景。例如，在工业场景中，无论是汽车制造厂中的机器臂控制系统，还是变频器中的电能转换系统，都依赖着栅极驱动芯片去驱动功率半导体器件，从而提升对机器臂的精准调控与变频器的电能转换能效。

从市场数据来看，栅极驱动芯片的发展态势同样十分强劲。据QYResearch公布数据分析，2024 年全球栅极驱动芯片市场规模预计达到12.35亿美元，而预计到 2031年，全球栅极驱动芯片市场规模将攀升至17.42亿美元，市场前景持续向好。

随着工业设备从“自动”走向“智能”，以及能源转换从“粗放”走向“精准”，栅极驱动芯片的重要性正日渐凸显。为响应国家对关键元器件自主可控的号召，大力发展新质生产力，在此国产化替代的“窗口期”下，华普微将凭借着在物联网领域的技术积淀，以及对工业自动化、智能化与数字化需求的深刻理解，精准切入非隔离式栅极驱动芯片赛道，并将于近期推出一款高性能的非隔离式半桥驱动芯片HPD2606X，敬请期待。