常见的的功率器件不外乎就是BJT, MOSFET, IGBT……这三种，这些功率器件很难直接用MCU或Control IC驱动，因此通常会在主控IC 与功率元件中间插入一驱动电路(Gate Driver 文后简称GD)，加入GD的好处是增加驱动的能力，将功率从主控IC分离出来，同时也可以起到缓冲的作用，比较常见的是在功率元件烧毁时“降低”主控IC跟着烧毁的机率，但也不是绝对可以完全避免。
BJT的Base(基)极属于低阻抗、电流驱动型，目前市面上在工业用途已经很少看到BJT的踪影，故，此篇以IGBT和MOSFET的驱动电路的计算进行探讨，且IGBT的闸极为MOSFET , 故文中皆以MOS简称取代之。
下图为BJT 与MOSFET 控制输出电流的方示：
GD 也大致上分成2种: IC整合型与分离元件(discreate)型式，无论哪种方式各有其利基点，且视空间面积与成本考量选择，本文将以专用h的GD IC 进行说明与计算。
MOS的闸级(Gate)特性—就是高输入阻抗与电压驱动，这比起BJT的电流驱动相对容易许多。
因为制程的关系，MOSFET 一定会产生的寄生电容(CG-D,CG-S,CD-S):
也因为有寄生电容故会产生Gate charge 电流(QG)
Total Gate Charge : (QG=QG-S+QG-D)
我们由上图可以看出QG 对于Drain Voltage(VD)_ 与Drain Current (ID) 的影响。
MOS 的主要损耗有2种:
一是Conduction Loss (导通损，Pd=ID2* Rdson);
一是Switching loss (开关损)也就是在ON 与OFF 过程VD 与ID 重叠损。或是IGBT 的Conduction loss (Pd=VCEsat* IC) 及VC 与IC 的重叠损。
从GD 到MOS 间会有三种型式的接法，视实际的应用与不同的工况还有元件的特性进行选择:
A: On 与Off速度相同; B: Off 速度比on 快; C: On 的速度比Off 快
本篇以on/off 速度相等的常见电路<A>来说明GD 的计算。为了避免让工程师们觉得GD 很难计算，故本文将复杂的计算公式简化，套用简易的计算与设计至少可以降低PCBA 后开机的瞬间产生一褛白烟的可能性。当然，若要精算整体的性能与损耗请直接参考文末原厂所提供的Application Note。
✽如何计算MOS GD IC的Power Dissipation(Pd):
原厂的AN_ 2003_ PL18_2204_004502 (网址于文末) 有非常精辟的解说，不过综合的整篇内容可以在Page17找到一个非常精华公式，也就是我们最需要(简单)的:
PDRIVE = QG x VG x fs
假设QG=27nC, VG=15V, Fs=100KHz
PDRIVE =27nC* 14V *100KHz =37.8mW
看! 有没有很简单的就算出GD 的Pd !?
用这样的公式可去计算出多颗并联的MOSFET结果，也可以很容易的去查出GD 损耗是否在安全的使用范围?(安全的使用范围需包含在安全的操作温度范围内)
✽如何计算MOS RGext的Power Dissipation(PD):
在计算RGext 的PD 之前一定要特别注意一件事--
RGext 绝对不能 ≦ VG/Iout(source ,sink)
下面可以当做是GD 输出往MOS 的示意图：
因为是用简单的单一RGext , 所以RGext 可以等效为:RGon=RGoff
其中RG 又等于RGext +MOSFET 的RGint
**请注意某些高速的MOSFET会内建并标注RGint 值
PG_charing_peak = I2 G_charging_peak * RG
PG_discharing_peak =I2 G_discharging_peak *RG
用上面求出的PG 再乘上 2~3倍的功率即可以决定RG 的相对应的包装尺寸。
当然，我们不能只用最大的电流去决定RG大小，本篇仅在于计算GD 与RG 的最大损耗功率、以便决定选型，某些情况下会因为错误的RG 导致切换速度太快(di/dt)或太慢而导致振荡或切换损失变大，
因此，还是需要套用QG 来决定RG 参数控制开与关的上升及下降的斜率。
【结论:】 是不是需要做到很精密的计算?
“Time to Market” 是很现实的问题，粗略的计算GD 与RG的损耗是有其必要的，但不是每个线路的GD 的Iout, Isink 电流越大越好，也不是RG越小越好，这也会牵涉到成本的考量，与线路的稳定性。
本文简单的说明了静态的GD 与RG最大功率与电流的计算，真的要精算其实还得把基本的动态参数带入。
请期待下一篇有关于功率开关(IGBT, MOSFET...) 动态驱动有关的博文，咱们下次见。
以上内容包含图片皆引用自Infineon 官网:
https://www.infineon.com/
本文参考文件:
- AN 2203 PL18 2204 004502 Gate MOSFETs in switching applications
- AN978 HV Floating MOS-Gate Driver ICs
- AN_1909_PL52_1911_173913 CoolMOS gate drive and switching dynamics
- AN 2015-06 Gate Resistor for Power Devices
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