隔離式柵極驅(qū)動(dòng)器輸入級(jí)對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用的影響

介紹

在電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用中為功率級(jí)選擇隔離式柵極驅(qū)動(dòng)器時(shí)，您有多種選擇。柵極驅(qū)動(dòng)器可簡(jiǎn)單可復(fù)雜，具有集成米勒箝位、分離輸出或絕緣柵雙極晶體管(IGBT) 發(fā)射極的欠壓 (UVLO) 鎖定參考等功能。

輸入級(jí)有兩個(gè)選項(xiàng)：電壓輸入級(jí)或電流輸入級(jí)。在本文中，我將介紹這兩種輸入級(jí)選項(xiàng)，并提供在為應(yīng)用選擇帶輸入級(jí)的柵極驅(qū)動(dòng)器時(shí)應(yīng)考慮的一些細(xì)節(jié)。

電壓輸入級(jí)

電壓輸入器件接受互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體脈寬調(diào)制(PWM)信號(hào)，直接進(jìn)入低壓側(cè)或初級(jí)側(cè)的柵極驅(qū)動(dòng)器。圖1所示為典型電壓輸入隔離式柵極驅(qū)動(dòng)器的示例。輸入引腳IN+和IN-可通過(guò)大多數(shù)微控制器(MCU)提供的邏輯電平控制信號(hào)輕松驅(qū)動(dòng)。雖然IN+和IN-位于初級(jí)側(cè)，但電壓柵極驅(qū)動(dòng)器只需要其中一個(gè)輸入來(lái)接收信號(hào)即可工作。同時(shí)具有IN+和IN-允許您將PWM輸入信號(hào)配置為反相或同相。

如果需要更高的抗噪性，可以實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)或反相邏輯PWM輸入。如果僅為應(yīng)用選擇一個(gè)單輸入引腳，則可以使用另一個(gè)引腳啟用或禁用功能。

圖1：帶電壓輸入級(jí)的單通道隔離式柵極驅(qū)動(dòng)器

電流輸入級(jí)

電流輸入器件使用電流信號(hào)進(jìn)入初級(jí)側(cè)的柵極驅(qū)動(dòng)器。圖2所示為典型電流輸入隔離式柵極驅(qū)動(dòng)器的示例。這些器件也稱為光兼容器件，以匹配傳統(tǒng)光耦合器。在傳統(tǒng)光耦合器中，電流信號(hào)驅(qū)動(dòng)器件內(nèi)部的LED在您希望柵極驅(qū)動(dòng)器導(dǎo)通時(shí)亮起。LED發(fā)出的光由光電探測(cè)器接收。LED和光電探測(cè)器在光耦合器內(nèi)部物理分離，從而在柵極驅(qū)動(dòng)器的初級(jí)側(cè)和次級(jí)側(cè)之間實(shí)現(xiàn)電流隔離。

TI 驅(qū)動(dòng)器使用仿真二極管(e-二極管)，有助于提高柵極驅(qū)動(dòng)器使用壽命期間的可靠性。TI 的光兼容柵極驅(qū)動(dòng)器器件使用電容隔離與 e 二極管配對(duì)，以實(shí)現(xiàn)引腳對(duì)引腳解決方案，這是對(duì)基于光學(xué)的柵極驅(qū)動(dòng)器的直接升級(jí)。e二極管輸入級(jí)不易受會(huì)縮短光耦合器柵極驅(qū)動(dòng)器壽命的影響，例如高溫導(dǎo)致的性能下降或輸入正向電流的應(yīng)力，這兩者都會(huì)降低LED的亮度。采用 e-二極管的 TI 光兼容解決方案有助于延長(zhǎng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用中的系統(tǒng)壽命，并在更寬的環(huán)境溫度范圍內(nèi)工作。

圖2：具有電流(光兼容)輸入級(jí)的單通道隔離式柵極驅(qū)動(dòng)器

電壓和電流輸入柵極驅(qū)動(dòng)器之間存在系統(tǒng)級(jí)差異?；陔妷旱慕鉀Q方案需要較少的外部元件，因此具有較小的總解決方案尺寸。MCU可以直接驅(qū)動(dòng)基于電壓的驅(qū)動(dòng)器，而基于電流的驅(qū)動(dòng)器需要一個(gè)外部緩沖器，將來(lái)自MCU的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為饋入柵極驅(qū)動(dòng)器的電流。

圖3比較了電壓輸入和電流輸入柵極驅(qū)動(dòng)器，以及驅(qū)動(dòng)IGBT所需的外部元件。傳統(tǒng)上，許多設(shè)計(jì)人員使用電流輸入器件來(lái)幫助提高柵極驅(qū)動(dòng)器的抗擾度。與電壓信號(hào)相比，電流信號(hào)不太容易受到噪聲的影響，例如長(zhǎng)距離的電磁干擾。在IN+和IN-中添加低通濾波器還有助于提高柵極驅(qū)動(dòng)器的抗擾度并保持信號(hào)完整性。

圖3：比較電壓輸入和電流輸入柵極驅(qū)動(dòng)器

聯(lián)鎖有助于防止電機(jī)驅(qū)動(dòng)功率級(jí)的擊穿，保護(hù)高側(cè)和低側(cè)配置中的電源開(kāi)關(guān)。通過(guò)將高端驅(qū)動(dòng)器的陽(yáng)極連接到低邊驅(qū)動(dòng)器的陰極，可以實(shí)現(xiàn)與電流輸入級(jí)柵極驅(qū)動(dòng)器的互鎖，反之亦然。對(duì)于具有單個(gè)輸入的電壓輸入級(jí)柵極驅(qū)動(dòng)器，如果柵極驅(qū)動(dòng)器同時(shí)支持IN+ 和 IN-，則可以實(shí)現(xiàn)與外部邏輯元件的互鎖，或者將高端驅(qū)動(dòng)器的 IN+ 連接到低端驅(qū)動(dòng)器的 IN-(反之亦然)。圖4顯示了一個(gè)具有電流輸入柵極驅(qū)動(dòng)器的典型聯(lián)鎖示例。

圖4：帶電流輸入柵極驅(qū)動(dòng)器的聯(lián)鎖示例

TI 為電壓或電流輸入選項(xiàng)提供柵極驅(qū)動(dòng)器，下表 1 對(duì)此進(jìn)行了比較。

表1：具有替代引腳排列選項(xiàng)的簡(jiǎn)單隔離式柵極驅(qū)動(dòng)器

結(jié)論

柵極驅(qū)動(dòng)器的輸入級(jí)對(duì)您的電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用有多種影響，系統(tǒng)要求決定了您的選擇。無(wú)論您是需要減小整體解決方案尺寸、最大限度地提高抗噪性還是實(shí)施擊穿保護(hù)，都提供多種選項(xiàng)來(lái)幫助您設(shè)計(jì)下一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)功率級(jí)。

審核編輯：湯梓紅