【導讀】在描述高速運行的數字係統時，噪聲容限是最重要的參數之一。通常情況下，噪聲容限定義了 I/O 引腳上或接口中可接受的噪聲水平。在數字電子技術領域
，噪聲容限是指 I/O 引腳上出現但不會導致接收邏輯狀態出錯的噪聲水平。這個值在時域中經常調用，用於測量比特誤碼率。

摘要

半橋拓撲結構廣泛用於各種商業和工業應用的電源轉換器件中。這種開關模式配置的核心是柵極驅動器IC
，其主要功能是使用脈寬調製信號向高端和低端MOSFET功率開關提供幹淨的電平轉換信號。

本文重點介紹了工程師在為應用選擇柵極驅動器IC時shi應ying考kao慮lv的de關guan鍵jian因yin素su。除chu了le基ji本ben的de電dian壓ya和he電dian流liu額e定ding值zhi之zhi外wai，本ben文wen還hai說shuo明ming了le高gao共gong模mo瞬shun變bian抗kang擾rao度du的de重zhong要yao性xing和he可ke調tiao死si區qu時shi間jian的de必bi要yao性xing。某mou些xie用yong例li要yao求qiu將jiang柵zha極ji驅qu動dong器qiIC與MOSFET進行電氣隔離，文中通過一個簡單的參考設計展示了這種浮地方法。

簡介

電源轉換是當今幾乎所有電子設計的核心功能。理想情況下，將直流電壓（例如9 V）轉換為另一個電平（例如24 V）的過程應盡可能高效，損耗應盡可能小。為了應對各種應用的不同電壓、電流和功率密度需求，工程師開發了多種電路架構（也就是拓撲）。對於DC-DC電源轉換

，可以使用降壓
、升壓、降壓-升壓
、半橋和全橋拓撲結構。此外還得考慮輸出是否需要與輸入電壓進行電氣隔離
，由此便可將轉換方法分為兩類
，即非隔離式和隔離式。

對於高電壓和大電流用例，例如電機控製和太陽能逆變器
，半橋和全橋DC-DC轉換技術是主流選擇。

半橋電源轉換

半橋結構采用開關模式方法來提高或降低直流輸入電壓。該結構使用兩個開關器件（通常是MOSFET或絕緣柵雙極晶體管(IGBT)）將電壓輸入轉換給變壓器（隔離式）或直接轉換給負載（非隔離式）。柵極驅動器IC負責從控製器IC接收脈寬調製(PWM)信號。該器件將信號放大並轉換為迅速接通或斷開MOSFET功率開關（即高端和低端）所需的電平
，以便盡可能降低功率損耗，提高轉換器的效率。為應用選擇合適的柵極驅動器IC，需綜合考慮轉換器拓撲結構、電壓、電流額定值和開關頻率等因素。選擇具有精確、高效開關特性的柵極驅動器，對於實現最佳轉換效率至關重要。

選擇柵極驅動器IC

選擇柵極驅動器IC時shi，工gong程cheng師shi必bi須xu考kao慮lv若ruo幹gan關guan鍵jian因yin素su。其qi中zhong一yi些xie因yin素su可ke能neng與yu具ju體ti應ying用yong有you關guan，比bi如ru在zai太tai陽yang能neng轉zhuan換huan應ying用yong中zhong，柵zha極ji驅qu動dong器qi可ke能neng會hui遇yu到dao各ge種zhong各ge樣yang的de輸shu入ru電dian壓ya和he功gong率lv需xu求qiu。

• 高端電壓：根據具體應用
，高端MOSFET將承受全部電源電壓，為此，柵極驅動器必須具有較高的安全裕度。

• 共模瞬變抗擾度(CMTI)：快速開關操作會產生高噪聲電平，並且高端和低端MOSFET之間的電壓差可能較高，因此選擇具有高瞬態抗擾度特性的柵極驅動器至關重要。

• 峰值驅動電流：對於較高功率的設計，柵極驅動器需要向MOSFET提供高峰值電流


，以便對柵極電容快速充電和放電。

• 死區時間：為了防止MOSFET因(yin)同(tong)時(shi)導(dao)通(tong)而(er)被(bei)擊(ji)穿(chuan)
，半(ban)橋(qiao)電(dian)路(lu)的(de)高(gao)端(duan)和(he)低(di)端(duan)開(kai)關(guan)之(zhi)間(jian)須(xu)設(she)置(zhi)短(duan)暫(zan)的(de)死(si)區(qu)時(shi)間(jian)，這(zhe)非(fei)常(chang)關(guan)鍵(jian)。強(qiang)烈(lie)建(jian)議(yi)選(xuan)擇(ze)可(ke)配(pei)置(zhi)死(si)區(qu)時(shi)間(jian)的(de)柵(zha)極(ji)驅(qu)動(dong)器(qi)，以(yi)實(shi)現(xian)更(geng)佳(jia)效(xiao)率(lv)。有(you)些(xie)柵(zha)極(ji)驅(qu)動(dong)器(qi)包(bao)含(han)默(mo)認(ren)死(si)區(qu)時(shi)間(jian)
，以(yi)防(fang)止(zhi)擊(ji)穿(chuan)故(gu)障(zhang)。

帶浮地和可調死區時間的半橋驅動器

LTC7063是半橋柵極驅動器的一個實例
，適合用在工業、汽車和電信電源係統領域的各種高電壓和大電流應用。該器件是一款高壓柵極驅動器，設計用於驅動半橋配置的N溝道MOSFET，輸入電源電壓最高可達140 V。該IC具有強大的驅動器，能夠對通常與高壓MOSFET相關的大柵極電容進行快速充電和放電。此外，自適應擊穿保護特性會監控開關節點的電壓，並控製驅動器輸出，以防止MOSFET同時導通。這一關鍵特性能夠防止電流擊穿，並有助於提高電源效率。

LTC7063的高端和低端MOSFET驅動器均浮空，IC和輸出地之間的接地偏移最高可達10 V。這種浮地架構使驅動器輸出更加穩健
，並且對接地偏移
、噪聲和瞬變不太敏感。浮地功能使該器件成為遠程MOSFET控製應用以及高電壓
、大電流開關電容轉換器的出色選擇。

LTC7063的安全和保護特性包括熱關斷

、輸入欠壓和過壓保護電路
，以及用於高端和低端MOSFET驅動器的欠壓保護電路，可幫助確保任何半橋應用的長期可靠性和穩健性。

為了高效傳熱，這些柵極驅動器采用散熱增強型裸露焊盤封裝。

基於LTC7063的降壓轉換器應用（帶遠端負載）

圖1為采用LTC7063設計的2:1降壓轉換器（帶遠端負載）。器件采用高達80 V的輸入電源供電，輸出電壓為½ VIN，最大負載為5 A。PWM引腳從外部控製器接收三態邏輯信號
，當PWM信號達到上升閾值以上時，高端MOSFET的柵極被驅動至高電平。低端MOSFET與高端MOSFET實現互補驅動。輸入信號上升閾值與下降閾值之間的滯回解決了MOSFET的誤觸發問題。在輸入信號的滯回間隔時間內
，高端和低端MOSFET均被拉低。當使能(EN)引腳為高電平時，頂柵(TG)和底柵(BG)輸出均對應輸入PWM信號；通過將EN引腳拉至低電平，TG和BG輸出均被拉低。

BST-SW和BGVCC-BGRTN電dian源yuan自zi舉ju確que保bao高gao端duan和he低di端duan驅qu動dong器qi高gao效xiao運yun行xing，而er無wu需xu任ren何he額e外wai的de隔ge離li電dian源yuan電dian壓ya，進jin而er能neng夠gou減jian少shao電dian路lu板ban上shang的de元yuan件jian數shu量liang並bing降jiang低di成cheng本ben。控kong製zhi波bo形xing和he平ping均jun輸shu出chu電dian壓ya結jie果guo如ru圖tu2所示。


圖1.帶遠端負載的降壓電源轉換器

圖2.PWM
、TG-SW、BGVCC-BGRTN和VOUT波形

TG和BG之間的死區時間較短
，在DG引腳和地之間添加一個電阻可以加快BG/TG上升速度。將死區時間(DT)引腳短接至地時，此轉變的默認死區時間為32 ns

，而將DT引腳浮空時，死區時間可延長至最大250 ns。該可編程死區時間特性能夠為高壓應用提供更穩健的擊穿保護。

為了實現更高效率，盡可能降低開關損耗非常重要。高端和低端MOSFET驅動器的1.5 Ω上拉電阻和0.8 Ω下拉電阻快速接通或斷開開關，防止電流交叉傳導
，從而提高效率。圖3和圖4顯示了導通和關斷之間的開關轉換以及死區時間。

圖3.BG下降至TG上升的轉變

表1.LTC706x係列產品

圖4.TG下降至BG上升的轉變

故障(FLT)引腳為開漏輸出，當LTC7063的結溫達到180℃時，器件內部會將該引腳拉低。當VCC的電源電壓低於5.3 V或高於14.6 V時，該引腳也會被拉低。對於圖1所示的應用，低於3.3 V的BGVCC-BGRTN和BST-SW浮空電壓會觸發故障條件並將FLT引腳拉低。一旦所有故障都清除，經過100 µs的延遲後，FLT引腳將被外部電阻拉高。

表1列舉了LTC706x係列中的其他產品，它們具有與LTC7063類似的特性。

結論

LTC7063是一款高壓N溝道半橋柵極驅動器
，屬於LTC706x產chan品pin係xi列lie。其qi專zhuan業ye的de雙shuang浮fu地di架jia構gou能neng夠gou為wei接jie地di偏pian移yi和he遠yuan端duan負fu載zai應ying用yong提ti供gong高gao效xiao的de驅qu動dong器qi輸shu出chu，且qie兼jian具ju優you異yi的de抗kang噪zao能neng力li。自zi適shi應ying擊ji穿chuan保bao護hu和he可ke編bian程cheng死si區qu時shi間jian特te性xing可ke消xiao除chu任ren何he潛qian在zai的de擊ji穿chuan電dian流liu
，而er強qiang大da的deMOSFET驅動器則可實現快速開關，並幫助高電壓、大電流DC-DC應用實現高效率
，從而盡可能降低功率損耗。

（來源：ADI公司，作者：Srikesh Pulluri
，產品應用工程師）

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