大多应用都采用隔离式半桥栅极驱动器控制功率，从而要求高功率密度和效率，隔离式DC-DC电源模块的高隔离电压和可靠性至关重要。本文详细介绍这些设计理念，同时展现采用*型封装的隔离式半桥栅极驱动器IC在造就高性能方面的卓越能力。
采用光耦合器隔离的基本半桥驱动器(如图1所示)以极性*反的信号来驱动高端和低端N沟道MOSFET(或IGBT)的栅极，由此来控制输出功率。驱动器必须具备低输出阻抗以减少传导损耗，同时还须具有快速开关能力以减少开关损耗。出于精度和效率的考虑，高端和低端驱动器需要具备高度匹配的时序特性，以便减少在半桥的第一个开关关闭，第二个开关开启前的停滞时间。
图1. *半桥栅极驱动器
如图所示，这种功能的一种*规实现方式是用一个光耦合器进行隔离，其后用一个*栅极驱动器IC.这种电路的一个潜在不足，就是单隔离输入通道依赖*驱动器电路来实现所需要的通道间时序匹配和停滞时间。另一问题是，*栅极驱动器并无电流隔离，而是依赖IC的结隔离来分离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。
光耦合器栅极驱动器
另一种方法(如图2所示)利用两个光耦合器和两个栅极驱动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*同的封装中，因而一般需要两个独立的光耦合器栅极驱动器IC来构成完整的隔离式半桥，结果使解决方案的物理尺寸变大。另需注意的是，两个光耦合器即使封装在一起，也是是独立制造的，从而限制了匹配两个通道的能力。这种失配会增加关闭一个通道与打开另一个通道之间的停滞时间，从而导致效率下降。
图2. 双光耦合器半桥栅极驱动器
光耦合器的响应速度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1 MHz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。要使光耦合器接近最高速度，需要将LED电流增加至10 mA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*见的高温环境下。
脉冲变压器栅极驱动器
接下来，我们来看看通过变压器耦合实现电流隔离的电路。这些电路的传播延迟较低、时序特性更精确，与光耦合器*比，具有速度优势。在图3中，采用的是一个脉冲变压器，其工作速度可以达到半桥栅极驱动器应用通*所需的*平(最高1 MHz)。栅极驱动器IC可用于提供容性MOSFET栅极充电所需的高电流。在此，栅极驱动器以差分方式驱动脉冲变压器的原边，两个副边绕组驱动半桥的各个栅极。在这种应用中，脉冲变压器具有显着优势，不需要用隔离式电源来驱动副边MOSFET。
图3. 脉冲变压器半桥栅极驱动器
然而，当感应线圈中流动的较大瞬态栅极驱动电流导致振铃时，就可能出现问题。结果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欠佳。这是由于脉冲变压器只能提供交流信号，而且铁芯磁通量必须每半个周期复位一次以维持伏秒平衡。最后一点不足：脉冲变压器的磁芯和隔离式绕组需要*对较大的封装，再加上驱动器IC和其他分立式元件，最终形成的解决方案可能尺寸过大，无法适应许多高密度应用。
数字隔离器栅极驱动器
现在，我们来看看把数字隔离器用在隔离式半桥栅极驱动器中的情况。图4中的数字隔离器使用标准CMOS集成电路工艺，以*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，可用于鲁棒型隔离电源和逆变器应用。
图4. 采用变压器隔离的数字隔离器
如图5所示，数字隔离器消除了光耦合器中使用的LED以及与之*关的老化问题，而且功耗更低、可靠性更高。输入与输出以及输出与输出之间提供电流隔离(虚线)，以消除高端-低端的交互作用。输出驱动器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。
图5. 采用数字隔离的4 A栅极驱动器
与光耦合器设计不同，高端和低端数字隔离器以单个集成电路为基础制造而成，其输出天生匹配，具有更高的效率。请注意，图1所示*栅极驱动器集成电路会增加电平转换电路中的传播延迟，因而不能像数字隔离器一样实现通道间时序特性的匹配。另外，在单个IC封装中同时集成栅极驱动器和隔离机制可以最大限度地减*解决方案的尺寸。
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