一种隔离式半桥栅极驱动器的设计方案

时间:2022-03-17作者:佚名

隔离式半桥驱动器的功能是驱动高端和低端N沟道MOSFET(或IGBT)的栅极,通过低输出阻抗降低导通损耗,同时通过快速开关时间降低开关损耗。高端和低端驱动器需要高度匹配的时序特性,以实现精确高效开关操作。这可以减少二次开关导通前关断半桥一次开关的空载时间。

2 隔离式半桥栅极驱动

实现隔离式半桥栅极驱动功能的典型方法是使用光耦合器进行隔离,后跟高压栅极驱动器IC,如图1所示。该电路的一个潜在问题是,仅有一个隔离输入通道,而且依赖高压驱动器来提供通道间所需的时序匹配以及应用所需的死区。另一问题是,高压栅极驱动器并无电流隔离,而是依赖结隔离来分离同一IC中的高端驱动电压和低端驱动电压。在低端开关事件中,电路中的寄生电感可能导致输出电压VS降至地电压以下。发生这种情况时,高端驱动器可能发生闩锁,并永久性损坏。

图1 高压半桥栅极驱动器

3 光耦合器栅极驱动器

另一种方法(如图2所示)利用两个光耦合器来实现输出之间的电流隔离,从而避免了高端-低端交互作用的问题。栅极驱动器电路往往置于与光耦合器相同的封装中,最常见的情况是,两个独立的光耦合器栅极驱动器IC构成完整的隔离式半桥,结果使解决方案尺寸变大。需要注意的是,光耦合器是作为分立式器件生产的,即使两个光耦合器封装在一起亦是如此,因此,它们的通道间匹配存在限制。这会增加关闭一个通道与打开另一个通道之间的死区,从而导致效率下降。光耦合器的响应速度同样受到原边发光二极管(LED)电容的限制,而且将输出驱动至高达1MHz的速度也会受到其传播延迟(最大值为500 ns)以及较慢的上升和下降时间(最大值为100 ns)的限制。要使光耦合器达到最高速度,需要将LED电流增加至10mA以上,这会消耗更多功率,缩短光耦合器的寿命并降低其可靠性,尤其是在太阳能逆变器和电源应用中常见的高温环境下。

图2 光耦合器半桥栅极驱动器

4 脉冲变压器栅极驱动器

接下来,我们将探讨电流隔离器,由于它们具有更低的传播延迟、更精确的时序,因此速度比光耦合器更高。脉冲变压器是一种隔离变压器,其工作速度可以达到半桥栅极驱动器应用通常所需的水平(最高1MHz)。栅极驱动器IC可用于提供容性MOSFET栅极充电所需的高电流。图3中的栅极驱动器以差分方式驱动脉冲变压器的原边,该变压器副边有两个绕组,用于驱动半桥的各个栅极。使用脉冲变压器的一个优势是,它不需要用隔离电源来驱动副边MOSFET.当感应线圈中有较大的瞬态栅极驱动电流流过时(会导致振铃),这种应用就可能出现问题。它有可能使栅极不合需要地开启和关闭,从而损坏MOSFET.脉冲变压器的另一个局限在于,它们在要求信号占空比在50%以上的应用中可能表现不佳。这是由于变压器只能提供交流信号,因为铁芯磁通量必须每半个周期复位一次以维持伏秒平衡。最后,脉冲变压器的磁芯和隔离式绕组需要相对较大的封装。再加上驱动器IC和其他分立式元件,最终建立的解决方案可能尺寸过大,无法适应许多高密度应用。

图3 脉冲变压器半桥栅极驱动器

5 数字隔离器栅极驱动器

现在,我们来看看以数字隔离器来实现隔离式半桥栅极驱动器的方法。在图4中,数字隔离器使用标准CMOS集成电路工艺,以金属层形成变压器线圈,并以聚酰亚胺绝缘材料来分离线圈。这种组合可以实现5 kV rms以上(1分钟额定值)的隔离能力,可用于增强型隔离电源和逆变器应用。

相关阅读

古建筑夜景亮化要避免哪些隐患?

古建筑在我国有非常重要的历史意义,也是独一无二的存在,所以保护古建筑是我们每个人的责任。 古建筑夜景亮化 作为近些年比较流行的一个趋势,需要在建筑上装置灯具,因此对...
2022-08-30
古建筑夜景亮化要避免哪些隐患?

国内居民小区环境照明设计中常见的五个不足

1、环境照明设计 理念存在偏差 首先是缺少对人生活需求的研究,不能按照住区室外活动的内容及特点进行照明设计。其次是住区光环境中的尺度感失常,往往按照城市环境照明的尺度...
2022-07-15

城市景观亮化的重要性

城市景观照明 是现代景观中不可缺少的部分,它不仅自身具有较高的观赏性,还强调艺术灯的景观与景区历史文化、周围环境的协调统一性。城市景观照明利用不同的造型、相异的光色...
2022-07-15

亮化工程安装需注意什么

为了有效解决照明设施急剧增加、用电量不断增高和普通灯具寿命短、维护成本高等问题,建设节能型城市、节约型社会,今年起,通过市场化运作方式,实施城市亮化 节能改造工程,...
2022-07-15

景区夜游照明设计四大形式分类

夜间旅游订单中夜游所占比例逐年上升,因此开发景区夜游照明设计成为各大景区的核心工作。夜间旅游不仅仅是景区的灯光,更是一种文化体验,根据游客不同的旅游活动内容,我们...
2022-09-04
景区夜游照明设计四大形式分类

热销商品

拷边机 包缝机内六角上针匙 开刀 上针内6角螺丝刀扳手 1.5 1.6

拷边机(包缝机)专用内六角上针匙及开刀工具,适用于精确调整机针位置与维护设备。配备1.5mm与1.6mm两种规格的内六角螺丝刀扳手,专为紧固或拆卸上针螺丝设计,确保机针安...
1.65

暗装开关插座面板单开双控一开五孔二三极USB快充肤感超薄家用4开

暗装开关插座面板,简约设计,完美融入家居环境。单开双控,轻松实现远程控制,方便实用。一开五孔,满足多种电器插孔需求;二三极USB快充,快速充电,高效便捷。超薄设计,节省空...
1.2

鸿雁开关插座面板旗舰店家用暗装墙壁86型一开带五孔多孔X86-1

鸿雁开关插座面板旗舰店推出的家用暗装墙壁86型一开带五孔多孔X86-1,是一款设计精良、功能齐全的家居电气产品。该产品采用86型标准面板尺寸,安装方便,适用于各种暗...
4.71

不锈钢加厚镊子维修工具夹子圆头弯头防滑带齿止血烧烤夹茶杯水草

不锈钢加厚镊子维修工具夹子圆头弯头防滑带齿止血烧烤夹茶杯水草 这款不锈钢加厚镊子维修工具夹子是设计用于各种专业场合的多功能工具。它拥有一个厚实的手柄,确...
0.8

三色变光led筒灯2.5寸3W5瓦开孔6 7.5 8公分家用客厅嵌入式天花灯

三色变光LED筒灯,2.5寸精巧设计,功率可选3W/5W,适用于开孔直径6.7–8公分的家用嵌入式安装。采用高亮LED光源,支持暖光、自然光、白光三色切换,满足不同场景氛围需求。...
7.2

网站栏目