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高功率器件驱动风向：隔离栅极驱动

发布日期：2021-11-03 来源：电子发烧友网作者：网络

在高功率应用中，通常需要专用驱动器来驱动功率晶体管，不使用专用驱动器一般都会导致电路功耗过高。大多数功率MOSFET和IGBT由栅极驱动器IC驱动，尤其是IGBT，几乎所有功率级别的IGBT都需要栅极驱动器。给功率管增加驱动的方式分为非隔离驱动和隔离驱动。一般来说，在驱动的大小上隔离驱动会比非隔离驱动大得多。

因为非隔离驱动模块整体都在同一硅片上，耐压极限会很有限，大多数非隔离驱动器的工作电压都不超过700伏。而隔离驱动能绕过硅工艺极限，满足高耐压需求，承受10kV以上的浪涌电压。所以隔离栅极驱动成为了高功率应用中的首选。一般来说普通的功能隔离和基本隔离会提供基本的单级电气隔离和放触保护，而增强型隔离会大幅提高工作电压，拓宽电气间隙。

UCC21530隔离栅极驱动

UCC21530是TI双通道隔离栅极驱动中很有代表性的一个系列，在实现高效率和高功率密度上被普遍认为是很不错的选择。

（UCC21530，TI）

UCC21530在开关参数上有很明显的优势，19ns典型传播延迟，10ns最小脉冲宽度，5ns最大延迟匹配度，5ns最大脉宽失真度。这样的延迟，还没有别家能做到，妥妥的世界顶尖水平。

在隔离上，UCC21530在输入侧通过一个5.7kVRMS增强型隔离层与两个输出驱动器隔离。对于任何隔离器件，共模瞬态抗扰度都是衡量其隔离性能的重要指标之一。UCC21530的共模瞬态抗扰度最小值都在100V/ns水平上，这种级别的隔离性能在任何隔离器件中都是绝对的标杆。

在隔离器件普遍拥有更久的使用寿命外，UCC21530浪涌抗扰度高达 12.8kVPK，两个次级侧驱动器之间的内部功能隔离支持高达1850V的工作电压。同时该在工作时会抑制短于5ns的输入脉冲和噪声瞬态。从性能上看该系列将隔离栅极驱动的优势显露无遗。

ADUM4221隔离栅极驱动

ADI的ADUM4221采用了旗下独有的iCoupler隔离技术，结合高速CMOS和单片变压器技术，在不牺牲共模瞬变抗扰度性能的情况下，实现超低传播延迟。

（ADUM4221，ADI）

ADUM4221为了做到44ns的最大传播延迟，并没有牺牲高达150 kV/µs的高共模瞬变抗扰度。得益于iCoupler隔离技术，ADUM4221独立且隔离的高端和低端输出兼备脉冲变压器和栅极驱动器特点。

与UCC21530同样有着5.7kVRMS增强型隔离层，ADUM4221额外内置了重叠保护，并允许调整死区时间。死区时间引脚和GND1引脚之间的单电阻设置了高侧和低侧输出的次级侧死区时间。

ADUM4221多种有效的内部保护功能是其在iCoupler隔离技术之外的优势，用绝对可靠的控制来配置IGBT与MOSFET，实现栅极驱动简单的压摆率控制。

STGAP隔离栅极驱动

ST的STGAP隔离栅极系列并没有像上述两个系列采用增强型隔离，只是采用了相对简单的电流隔离。在此类普通隔离的栅极驱动中，STGAP系列表现出的性能还是足够优秀的。

（STGAP2D，ST）

从STGAP2D这款相对简单的电流隔离双通道栅极驱动器来说，它是将栅极驱动通道与低压控制和接口电路部分进行了隔离，STGAP2D的特点是4 A电流能力和轨对轨输出，这也让该设备也适用于高功率应用。

STGAP2D系统的整体输入输出传播延迟在80 ns左右，在普通隔离类型的栅极驱动中属于较低的传播延迟。100 V /ns共模瞬变抗扰度绝对是一流的。除此之外，该器件还集成了专用的SD，制动pin，UVLO和热关机，围绕器件安全尽可能提高系统可靠。

越来越多的家用电器，电动汽车已经应用上了专用的功率半导体器件，这些功率器件也逐渐青睐选择隔离驱动以增强性能。同时这些主流的隔离栅极驱动都有着相当高的集成度，在成本和功耗上也十分符合现在功率器件应用的发展趋势。

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