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高功率器件驅(qū)動風(fēng)向：隔離柵極驅(qū)動

已有21544次閱讀2021-11-03標(biāo)簽:
 
在高功率應(yīng)用中，通常需要專用驅(qū)動器來驅(qū)動功率晶體管，不使用專用驅(qū)動器一般都會導(dǎo)致電路功耗過高。大多數(shù)功率MOSFET和IGBT由柵極驅(qū)動器IC驅(qū)動，尤其是IGBT，幾乎所有功率級別的IGBT都需要柵極驅(qū)動器。給功率管增加驅(qū)動的方式分為非隔離驅(qū)動和隔離驅(qū)動。一般來說，在驅(qū)動的大小上隔離驅(qū)動會比非隔離驅(qū)動大得多。

 

因?yàn)榉歉綦x驅(qū)動模塊整體都在同一硅片上，耐壓極限會很有限，大多數(shù)非隔離驅(qū)動器的工作電壓都不超過700伏。而隔離驅(qū)動能繞過硅工藝極限，滿足高耐壓需求，承受10kV以上的浪涌電壓。所以隔離柵極驅(qū)動成為了高功率應(yīng)用中的首選。一般來說普通的功能隔離和基本隔離會提供基本的單級電氣隔離和放觸保護(hù)，而增強(qiáng)型隔離會大幅提高工作電壓，拓寬電氣間隙。

UCC21530隔離柵極驅(qū)動

 

UCC21530是TI雙通道隔離柵極驅(qū)動中很有代表性的一個(gè)系列，在實(shí)現(xiàn)高效率和高功率密度上被普遍認(rèn)為是很不錯(cuò)的選擇。

（UCC21530，TI）

UCC21530在開關(guān)參數(shù)上有很明顯的優(yōu)勢，19ns典型傳播延遲，10ns最小脈沖寬度，5ns最大延遲匹配度，5ns最大脈寬失真度。這樣的延遲，還沒有別家能做到，妥妥的世界頂尖水平。

在隔離上，UCC21530在輸入側(cè)通過一個(gè)5.7kVRMS增強(qiáng)型隔離層與兩個(gè)輸出驅(qū)動器隔離。對于任何隔離器件，共模瞬態(tài)抗擾度都是衡量其隔離性能的重要指標(biāo)之一。UCC21530的共模瞬態(tài)抗擾度最小值都在100V/ns水平上，這種級別的隔離性能在任何隔離器件中都是絕對的標(biāo)桿。

在隔離器件普遍擁有更久的使用壽命外，UCC21530浪涌抗擾度高達(dá) 12.8kVPK，兩個(gè)次級側(cè)驅(qū)動器之間的內(nèi)部功能隔離支持高達(dá)1850V的工作電壓。同時(shí)該在工作時(shí)會抑制短于5ns的輸入脈沖和噪聲瞬態(tài)。從性能上看該系列將隔離柵極驅(qū)動的優(yōu)勢顯露無遺。

ADUM4221隔離柵極驅(qū)動

 

ADI的ADUM4221采用了旗下獨(dú)有的iCoupler隔離技術(shù)，結(jié)合高速CMOS和單片變壓器技術(shù)，在不犧牲共模瞬變抗擾度性能的情況下，實(shí)現(xiàn)超低傳播延遲。


（ADUM4221，ADI）

ADUM4221為了做到44ns的最大傳播延遲，并沒有犧牲高達(dá)150 kV/µs的高共模瞬變抗擾度。得益于iCoupler隔離技術(shù)，ADUM4221獨(dú)立且隔離的高端和低端輸出兼?zhèn)涿}沖變壓器和柵極驅(qū)動器特點(diǎn)。

與UCC21530同樣有著5.7kVRMS增強(qiáng)型隔離層，ADUM4221額外內(nèi)置了重疊保護(hù)，并允許調(diào)整死區(qū)時(shí)間。死區(qū)時(shí)間引腳和GND1引腳之間的單電阻設(shè)置了高側(cè)和低側(cè)輸出的次級側(cè)死區(qū)時(shí)間。

ADUM4221多種有效的內(nèi)部保護(hù)功能是其在iCoupler隔離技術(shù)之外的優(yōu)勢，用絕對可靠的控制來配置IGBT與MOSFET，實(shí)現(xiàn)柵極驅(qū)動簡單的壓擺率控制。

STGAP隔離柵極驅(qū)動

 

ST的STGAP隔離柵極系列并沒有像上述兩個(gè)系列采用增強(qiáng)型隔離，只是采用了相對簡單的電流隔離。在此類普通隔離的柵極驅(qū)動中，STGAP系列表現(xiàn)出的性能還是足夠優(yōu)秀的。


（STGAP2D，ST）

從STGAP2D這款相對簡單的電流隔離雙通道柵極驅(qū)動器來說，它是將柵極驅(qū)動通道與低壓控制和接口電路部分進(jìn)行了隔離，STGAP2D的特點(diǎn)是4 A電流能力和軌對軌輸出，這也讓該設(shè)備也適用于高功率應(yīng)用。

STGAP2D系統(tǒng)的整體輸入輸出傳播延遲在80 ns左右，在普通隔離類型的柵極驅(qū)動中屬于較低的傳播延遲。100 V /ns共模瞬變抗擾度絕對是一流的。除此之外，該器件還集成了專用的SD，制動pin，UVLO和熱關(guān)機(jī)，圍繞器件安全盡可能提高系統(tǒng)可靠。

 

越來越多的家用電器，電動汽車已經(jīng)應(yīng)用上了專用的功率半導(dǎo)體器件，這些功率器件也逐漸青睞選擇隔離驅(qū)動以增強(qiáng)性能。同時(shí)這些主流的隔離柵極驅(qū)動都有著相當(dāng)高的集成度，在成本和功耗上也十分符合現(xiàn)在功率器件應(yīng)用的發(fā)展趨勢。
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