高效又安全：集成的門極驅(qū)動器實現(xiàn)電隔離的運行優(yōu)勢

在電力系統(tǒng)設(shè)計中，提供電氣隔離通常是必要的。保持高低壓域電隔離，防止電流在它們之間流動，否則可能導(dǎo)致嚴(yán)重的安全問題。當(dāng)然，隔離的域仍需要進行交互，讓數(shù)據(jù)在它們之間傳輸。

盡管隔離很普遍，但是有效地實現(xiàn)隔離仍然存在問題，尤其是當(dāng)我們向更高的系統(tǒng)集成度發(fā)展。它的主要目的是安全，但它也可以通過最大化共模瞬變抗擾度(CMTI)來提高性能，這是在汽車行業(yè)中使用隔離的主要原因之一。另一個原因，尤其是在電動汽車中，是支持電壓域之間的電源轉(zhuǎn)換和電平轉(zhuǎn)換。

電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)通常使用功率MOSFET或IGBT。這些器件需要使用低壓信號由門極驅(qū)動器來開關(guān)。為保持不同的電壓域獨立但相互連接，需要隔離，這就是個典型的示例。

隔離通常使用光耦合器來實現(xiàn)，這至少需要兩個分立器件。發(fā)射器是一個LED，接收器包括一個光電二極管。

盡管光耦合器可易于實現(xiàn)極高的5 kVrms或更高的隔離，但它們體積大且易老化。在沒有光的情況下實現(xiàn)跨越隔離柵的通信，同時仍保留所需的隔離水平，這是可能的。

光耦合器在許多應(yīng)用中可能是理想的選擇，但替代技術(shù)的趨勢越來越明顯，集成的隔離器件提供更多便利。

一個示例是安森美半導(dǎo)體的NCD57001。它使用通過無芯變壓器的磁耦合在微型電感器之間創(chuàng)建數(shù)據(jù)路徑，從而提供5 kVrms的電氣隔離和至少100 kV / us的CMTI。

圖1：安森美半導(dǎo)體的先進的NCD57001門極驅(qū)動器IC

NCD57001的另一個顯著特點是它的輸出級，專為解決一個常見問題而開發(fā)。它具有一個內(nèi)部緩沖級，為克服米勒平臺而設(shè)計。這是傳遞曲線區(qū)域，證明了許多門極驅(qū)動器的消亡。在此期間，寄生米勒電容生效，從而降低了開/關(guān)轉(zhuǎn)換速度。

為了補償米勒電容的遲滯效應(yīng)，輸出緩沖器的作用是通過米勒平臺(Miller Plateau)來增加驅(qū)動電流。柵極端子上的米勒電容是開關(guān)損耗的主要原因。

當(dāng)門極電壓開始上升且驅(qū)動器輸出電壓與門極電壓之差減小時，提供大電流輸出驅(qū)動，IGBT或MOSFET可以更快地通過米勒平臺。這是利用輸出級的升壓效應(yīng)來減少為寄生/米勒門極電容充電所需的時間來實現(xiàn)的。

NCD57001的無芯變壓器技術(shù)，在芯片級門極驅(qū)動器中提供了有效的隔離。這些全集成的隔離式門極驅(qū)動器具有真正的工程優(yōu)勢，并且在需要以小尺寸實現(xiàn)高隔離度的應(yīng)用中是光隔離驅(qū)動器的絕佳替代品。其為克服米勒平臺而設(shè)計的輸出升壓級還提高了開關(guān)效率。

隨著越來越多的應(yīng)用采用高直流電壓，對高效和安全隔離的需求也在增長。因此，創(chuàng)新方案如NCD57001可真正為您的下一個功率開關(guān)應(yīng)用帶來積極的改變。

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