Thomas?Brand（ADI慕尼黑公司?現(xiàn)場應用工程師）

　　摘?要：探討了IGBT隔離式柵極驅動器的重要特性。

　　關鍵詞：IGBT；隔離式；柵極驅動器

　　在功率電子（例如驅動技術）中，IGBT經(jīng)常用作高電壓和高電流開關。這些功率晶體管由電壓控制，其主要損耗產(chǎn)生于開關期間。為了最大程度減小開關損耗，要求具備較短的開關時間。然而，快速開關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動器，還執(zhí)行提供短路保護并影響開關速度的功能。然而，在選擇柵極驅動器時，某些特性至關重要。

　　1 電流驅動能力

　　在開關期間，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)開關必須對其進行充電/放電。較高的瞬態(tài)電流會加速此過程。

　　因此，能夠在更長時間內(nèi)提供更高柵極電流的驅動器對開關損耗更能起到積極作用。例如，ADI公司的ADuM4135可以提供高達4 A的電流。根據(jù)IGBT的不同，這可能會使開關時間處于很小的幾ns范圍內(nèi)。

　　2 時序

　　開關時間最小化的決定性因素是輸出上升時間(t _R )、下降時間(t _F )和傳播延遲(t _D )。傳播延遲定義為輸入沿到達輸出所需的時間，并取決于驅動器輸出電流和輸出負載。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：

　　因為驅動器通常具有多個輸出通道，盡管采用相同的輸入驅動，但仍會具有不同的響應時間，因此會產(chǎn)生小的附加偏置，即傳播延遲偏斜(t _SKEW )，如圖3。

　　3 隔離耐受電壓

　　在電力電子中，出于功能和安全考慮需要進行隔離。由于采用了柵極驅動器（例如在驅動技術中采用半橋拓撲形式），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動通常發(fā)生在低壓電路中，因此無法驅動半橋拓撲的高端開關，因為低端開關同時打開時，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，從而可以進行人為接觸。隔離式柵極驅動器的介電強度通常為5 kV(rms)/min或更高。

　　4 抗擾度

　　惡劣的工業(yè)環(huán)境要求應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鍵性因素，因為它們可以耦合到柵極驅動器中，并且會激勵功率級，使其在不希望的時間內(nèi)進行開關。隔離式柵極驅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150 kV/μs的規(guī)格值。

　　本文提到的參數(shù)僅代表柵極驅動器規(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）。因此，可根據(jù)應用需求選擇大量不同的柵極驅動器。

　　作者簡介：

　　Thomas Brand，碩士生，2015年10月加入德國慕尼黑的ADI公司，主要負責工業(yè)大客戶，并研究工業(yè)以太網(wǎng)，還為中歐的相關事務提供支持，E-mail:thomas.brand@analog.com。

　　本文來源于科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2019年第9期第25頁，歡迎您寫論文時引用，并注明出處。