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如何選擇一款合適的隔離式柵極驅(qū)動器?

發(fā)布時間:2019-06-26 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】在功率電子(例如驅(qū)動技術(shù))中,IGBT經(jīng)常用作高電壓和高電流開關(guān)。這些功率晶體管由電壓控制,其主要損耗產(chǎn)生于開關(guān)期間。為了最大程度減小開關(guān)損耗,要求具備較短的開關(guān)時間。
 
然而,快速開關(guān)同時隱含著高壓瞬變的危險,這可能會影響甚至損壞處理器邏輯。因此,為IGBT提供合適柵極信號的柵極驅(qū)動器,還執(zhí)行提供短路保護(hù)并影響開關(guān)速度的功能。然而,在選擇柵極驅(qū)動器時,某些特性至關(guān)重要。
 
如何選擇一款合適的隔離式柵極驅(qū)動器?
圖1. 隔離式柵極驅(qū)動器ADuM4135的簡化原理圖。
 
電流驅(qū)動能力
 
在開關(guān)期間,晶體管會處于同時施加了高電壓和高電流的狀態(tài)。根據(jù)歐姆定律,這將導(dǎo)致一定的損耗,具體取決于這些狀態(tài)的持續(xù)時間(參見圖2)。目標(biāo)是要最大程度地減小這些時間段。此處的主要影響因素是晶體管的柵極電容,為實現(xiàn)開關(guān)必須對其進(jìn)行充電/放電。較高的瞬態(tài)電流會加速此過程。
 
如何選擇一款合適的隔離式柵極驅(qū)動器?
圖2. 晶體管各個損耗分量的簡化表示。
 
因此,能夠在更長時間內(nèi)提供更高柵極電流的驅(qū)動器對開關(guān)損耗更能起到積極作用。例如,ADI公司的ADuM4135可以提供高達(dá)4A的電流。根據(jù)IGBT的不同,這可能會使開關(guān)時間處于很小的幾ns范圍內(nèi)。
 
時序
 
開關(guān)時間最小化的決定性因素是輸出上升時間(tR)、下降時間(tF)和傳播延遲(tD)。傳播延遲定義為輸入沿到達(dá)輸出所需的時間,并取決于驅(qū)動器輸出電流和輸出負(fù)載。傳播延遲通常伴隨脈沖寬度失真(PWD),其為上升沿時延和下降沿時延之間的差值:
 
如何選擇一款合適的隔離式柵極驅(qū)動器?
 
因為驅(qū)動器通常具有多個輸出通道,盡管采用相同的輸入驅(qū)動,但仍會具有不同的響應(yīng)時間,因此會產(chǎn)生小的附加偏置,即傳播延遲偏斜(tSKEW)。
 
如何選擇一款合適的隔離式柵極驅(qū)動器?
圖3. 具有多個輸出的柵極驅(qū)動器的時序行為。
 
如何選擇一款合適的隔離式柵極驅(qū)動器?
圖4. 具有多個輸出的柵極驅(qū)動器的簡單原理圖。
 
隔離耐受電壓
 
在電力電子中,出于功能和安全考慮需要進(jìn)行隔離。由于采用了柵極驅(qū)動器(例如在驅(qū)動技術(shù)中采用半橋拓?fù)湫问?,因此會與高總線電壓和電流接觸,隔離不可避免。
 
功能方面的原因是功率級的驅(qū)動通常發(fā)生在低壓電路中,因此無法驅(qū)動半橋拓?fù)涞母叨碎_關(guān),因為低端開關(guān)同時打開時,它的電位較高。同時,隔離代表在發(fā)生故障時高壓部分與控制電路的可靠隔離,從而可以進(jìn)行人為接觸。隔離式柵極驅(qū)動器的Viso(隔離耐壓等級)通常為5kV(rms)/min或更高。
 
抗擾度
 
惡劣的工業(yè)環(huán)境要求應(yīng)用對干擾源具有最佳抗擾度或抗干擾性。例如,RF噪聲、共模瞬變和干擾磁場是關(guān)鍵性因素,因為它們可以耦合到柵極驅(qū)動器中,并且會激勵功率級,使其在不希望的時間內(nèi)進(jìn)行開關(guān)。隔離式柵極驅(qū)動器的共模瞬變抗擾度(CMTI)定義了抑制輸入和輸出之間共模瞬變的能力。例如,ADuM4121具有出色的大于150kV/μs的規(guī)格值。
 
本文提到的參數(shù)僅代表柵極驅(qū)動器規(guī)格的一部分,并不代表完整列表。其他決定性因素包括工作電壓、電源電壓、溫度范圍以及附加集成功能(如米勒箝位和去飽和保護(hù))。因此,可根據(jù)應(yīng)用需求選擇大量不同的柵極驅(qū)動器。
 
 
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