在典型的閉環(huán)電力電子系統(tǒng)中，柵極驅(qū)動器是控制系統(tǒng)（通常為 12V 等低壓）和主功率級（通常為 400V DC等高壓）之間的關(guān)鍵接口。柵極驅(qū)動器的目的是以干凈、穩(wěn)健和及時的方式將輸入低壓控制脈沖信號轉(zhuǎn)換到功率晶體管（MOSFET、IGBT）。

在本文中，我將介紹兩種驅(qū)動高壓晶體管的方法：柵極驅(qū)動變壓器和高壓驅(qū)動 IC，并說明每種方法的優(yōu)缺點。

定義柵極驅(qū)動器性能的關(guān)鍵規(guī)格是：

· 靜態(tài)特性：功能電壓（V CC/DD，自舉函數(shù)）、峰值源/灌電流和 UVLO。

· 動態(tài)特性：傳播延遲、延遲匹配、脈寬失真、共模瞬態(tài)抗擾度 (dv/dt) 和上升/下降時間。

我們還需要考慮安全標準和合規(guī)性——保護操作人員免受高于 42.4V pk AC 或 60V DC的危險電壓/電流的影響。例如，在手機充電器中，低壓直流輸出與通用交流輸入（85~265V AC）絕緣，在這種情況下，需要雙重或加強絕緣，以消除對接地金屬外殼和接地電源插頭的需求。表 1 顯示了 II 類過電壓高達 300V 的主電路中固體絕緣的測試電壓要求（IEC 61010-1 ed. 3.0）。

表 1：過電壓類別 II 主電路中固體絕緣的試驗電壓

圖 1 是一個簡化的電路圖，控制器位于次級側(cè)（次級側(cè)控制）。主功率級絕緣基于傳統(tǒng)的電源變壓器。我們可以使用兩種主要類型的柵極驅(qū)動器來傳輸柵極驅(qū)動信號，并在次級側(cè)和初級側(cè)柵極驅(qū)動器中的反饋控制之間進行絕緣：

· 通過磁耦合實現(xiàn)絕緣的柵極驅(qū)動變壓器（見圖 2[a]）。

· 具有信號隔離器接口的高側(cè)和低側(cè)柵極驅(qū)動器（參見圖 2[b]）。信號隔離器接口可以是光耦合器（光耦合）或數(shù)字隔離器（磁耦合或電容耦合）。

圖 1：具有次級側(cè)控制的簡化電路圖

柵極驅(qū)動變壓器可以提供邏輯柵極驅(qū)動信號和所需的柵極驅(qū)動器所需的峰值電流/功率能力。

高側(cè)和低側(cè)柵極驅(qū)動器使用信號隔離器接口來提供所需的絕緣，并使用柵極驅(qū)動器 IC 來提供足夠的柵極驅(qū)動功率/電流能力。

圖 2：簡化電路圖 (a) 柵極驅(qū)動變壓器 (b) 高端和低端驅(qū)動器 + 隔離器

表 2 列出了每個實施所需的關(guān)鍵組件。柵極驅(qū)動變壓器使用UCC27324作為具有兩通道 I?pk =±4A 能力的低側(cè)驅(qū)動器來驅(qū)動來自 Coilcraft 的柵極驅(qū)動變壓器和具有增強絕緣的 GA3550。高側(cè)和低側(cè)柵極驅(qū)動器加隔離器使用ISO7520C雙通道數(shù)字隔離器提供增強型隔離，UCC27714作為高側(cè)和低側(cè)柵極驅(qū)動器，Vishay MURS360 作為自舉二極管。

UCC2732x 和 UCC3732x 系列高速雙 MOSFET 驅(qū)動器提供 4A 拉電流和 4A 灌峰值電流，可有效驅(qū)動米勒高原地區(qū)最需要的 MOSFET。獨特的 BiPolar 和 MOSFET 混合輸出級并聯(lián)還允許在低電源電壓下進行有效的電流源和吸收。提供三種標準邏輯選項——雙反相、雙同相驅(qū)動器以及單反相和單同相驅(qū)動器。輸入閾值基于 TTL 和 CMOS，獨立于電源電壓，具有寬輸入遲滯，可提供出色的抗噪能力。UCC2732x 和 UCC3732x 系列采用標準 SOIC-8 (D) 或 PDIP-8 (P) 封裝以及耐熱增強型 -8 引腳 PowerPAD MSOP 封裝 (DGN)，可大幅降低熱阻以提高長期可靠性。

UCC27714 是一款 600V 高側(cè)/低側(cè)柵極驅(qū)動器，具有 4A 拉/灌電流能力，專用于驅(qū)動功率金屬氧化物半導體場效應晶體管 (MOSFET) 或絕緣柵雙極晶體管 (IGBT)。 該器件包含一個接地基準通道 (LO) 和一個懸空通道 (HO)，后者專用于自舉電源操作。 該器件具有出色的穩(wěn)定性和抗擾度，能夠在 HS 引腳上的負電壓高達 –8VDC 的條件下（VDD = 12V 時）維持邏輯正常運行。

看一下表 2 中所需的總 PCB 最小面積：Type II（高側(cè)和低側(cè)驅(qū)動器加上隔離器）僅占用 215mm 2 ，將比 Type I 節(jié)省超過 50% 的 PCB 空間。而且體積考慮到增強絕緣柵極驅(qū)動變壓器的笨拙高度，節(jié)省的費用將更為顯著。

此外，此計算僅計算主要組件。在考慮信號調(diào)理電路時，Type II 比 Type I 的節(jié)省會增加。