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实现隔离式半桥栅极驱动器的设计基础

时间:2024-07-10 20:37:12

  隔离式半桥栅极可用于许多应用,从要求高功率密度和效率的隔离式,到高隔离电压和长期可靠性至关重要的太阳能逆变器等等,不一而足。本文将详细阐述这些设计理念,探索隔离式半桥栅极驱动器解决方案在提供高性能和小尺寸解决方案方面的卓越能力。

  隔离式半桥驱动器的功能是驱动高端和低端N沟道(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。实现隔离式半桥栅极驱动功能的典型方法是使用合器进行隔离,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,并永久性损坏。

实现隔离式半桥栅极驱动器的设计基础

  图1.高压半桥栅极驱动器

  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。

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