《電子技術(shù)應(yīng)用》
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什么是柵極脈沖驅(qū)動電路

2020-03-28
來源:電源網(wǎng)

    大家知道什么是柵極脈沖驅(qū)動電路嗎?它的工作原理是什么?在脈沖雷達應(yīng)用中,從發(fā)射到接收操作的過渡期間需要快速開啟/關(guān)閉高功率放大器 (HPA)。典型的轉(zhuǎn)換時間目標可能小于1 s。傳統(tǒng)上,這是通過漏極控制來實現(xiàn)的。漏極控制需要在28 V至50 V的電壓下切換大電流。已知開關(guān)功率技術(shù)可以勝任這一任務(wù),但會涉及額外的物理尺寸和電路問題。在現(xiàn)代相控陣天線開發(fā)中,雖然要求盡可能低的SWaP(尺寸重量和功耗),但希望消除與HPA漏極開關(guān)相關(guān)的復(fù)雜問題。

    本文提出了一種獨特但簡單的柵極脈沖驅(qū)動電路,為快速開關(guān)HPA提供了另一種方法,同時消除了與漏極開關(guān)有關(guān)的電路。實測切換時間小于200 ns,相對于1 s的目標還有一些裕量。其他特性包括:解決器件間差異的偏置編程能力,保護HPA免受柵極電壓增加影響的柵極箝位,以及用于優(yōu)化脈沖上升時間的過沖補償。

    

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    典型漏極脈沖配置

    通過漏極控制開關(guān)HPA的典型配置如圖1所示。一個串聯(lián)FET開啟輸入HPA的高電壓。控制電路需要將邏輯電平脈沖轉(zhuǎn)換為更高電壓以使串聯(lián)FET導(dǎo)通。

    此配置的難點包括:

    ●大電流的切換要求從大容量電容到HPA漏極引腳的路徑是一條低電感路徑。

    ●關(guān)閉時,漏極電容保有電荷,需要額外的放電路徑。這是通過額外的FET Q2來實現(xiàn)的,對控制電路的約束隨之增加:Q1和Q2絕不能同時使能。

    ●很多情況下,串聯(lián)FET是N溝道器件。這要求控制電路產(chǎn)生一個高于HPA漏極電壓的電壓才能開啟。

    控制電路的設(shè)計方法已是眾所周知且行之有效。然而,相控陣系統(tǒng)不斷期望集成封裝并降低SWaP,因此希望消除上述難點。實際上,人們的愿望是完全消除漏極控制電路。

    推薦柵極脈沖電路

    柵極驅(qū)動電路的目標是將邏輯電平信號轉(zhuǎn)換成合適的GaN HPA柵極控制信號。需要一個負電壓來設(shè)置適當?shù)钠秒娏鳎约耙粋€更大的負電壓來關(guān)閉器件。因此,電路應(yīng)接受正邏輯電平輸入并轉(zhuǎn)換為兩個負電壓之間的脈沖。電路還需要克服柵極電容影響,提供急速上升時間,過沖應(yīng)極小或沒有。

    對柵極偏置設(shè)置的擔憂是,偏置電壓的小幅增加可能導(dǎo)致HPA電流的顯著增加。這就增加了一個目標,即柵極控制電路應(yīng)非常穩(wěn)定,并有一個箝位器來防止受損。另一個問題是,設(shè)置所需漏極電流時,不同器件的最佳偏置電壓有差異。這種差異使得人們更希望有系統(tǒng)內(nèi)可編程柵極偏置特性。以上就是柵極脈沖驅(qū)動電路的工作原理,在設(shè)計的過程中要不斷總結(jié)經(jīng)驗,再能更加了解這些產(chǎn)品。

    

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