使用脈衝變壓器可以耦合低電平信號、提供隔離並驅動功率開關，這種方法雖然具有一定優勢
，但也存在一些局限性。在柵極驅動應用中，脈衝變壓器的一個優勢是可以將3 V或5 V邏輯電平提升到15 V或更高的電壓，以便驅動MOSFET的柵極。遺憾的是
，為了驅動高電流同步整流器電路，可能需要一個單獨的高電流柵極驅動器IC。還有一點需要考慮：脈衝變壓器不能很好地處理占空比超過50%dexinhao

，zheshitazaizhajiqudongqiyingyongzhongdeyigezhuyaoquedian。yuanyinzaiyubianyaqizhinengtigongjiaoliuxinhao，yinweitiexincitongliangbixumeibangezhouqifuweiyiciyiweichifumiaopingheng。

    

脈衝變壓器的另一個缺點是效率損失。使用脈衝變壓器驅動MOSFET的柵極時，變壓器必須先用正電平驅動，然後用負電平驅動，以便維持伏秒平衡。用於驅動到負電平的能量不用於驅動MOSFET的de柵zha極ji，僅jin正zheng電dian平ping對dui柵zha極ji充chong電dian。在zai變bian壓ya器qi由you正zheng直zhi流liu電dian壓ya驅qu動dong的de典dian型xing應ying用yong中zhong
，一yi個ge隔ge直zhi電dian容rong連lian接jie到dao變bian壓ya器qi輸shu入ru端duan，並bing且qie變bian壓ya器qi由you一yi個ge值zhi為wei所suo施shi加jia電dian壓ya½的正電壓驅動。這意味著

，負電壓也是所施加電壓的½
，因此脈衝變壓器的效率降低至50%。若將一個柵極驅動器添加到變壓器輸出端

，則變壓器和柵極驅動器的整體效率不再是50%，但脈衝變壓器本身仍然存在至少50%的效率損失。

    

綜上所述

，脈衝變壓器在柵極驅動器應用中具有如下缺點：占空比限製
、效率低下、解決方案尺寸較大，因而不適合高功率、高密度同步整流應用。

 

圖1. 脈衝變壓器
、光耦合器和ADuM3220柵極驅動器解決方案

 

    

與(yu)脈(mai)衝(chong)變(bian)壓(ya)器(qi)相(xiang)比(bi)
，使(shi)用(yong)光(guang)耦(ou)合(he)器(qi)作(zuo)為(wei)柵(zha)極(ji)驅(qu)動(dong)器(qi)來(lai)執(zhi)行(xing)同(tong)步(bu)整(zheng)流(liu)具(ju)有(you)一(yi)些(xie)優(you)勢(shi)
，但(dan)光(guang)耦(ou)合(he)器(qi)本(ben)身(shen)也(ye)存(cun)在(zai)一(yi)些(xie)挑(tiao)戰(zhan)。光(guang)耦(ou)合(he)器(qi)不(bu)需(xu)要(yao)像(xiang)脈(mai)衝(chong)變(bian)壓(ya)器(qi)那(na)樣(yang)維(wei)持(chi)伏(fu)秒(miao)平(ping)衡(heng)，因(yin)而(er)不(bu)存(cun)在(zai)脈(mai)衝(chong)變(bian)壓(ya)器(qi)所(suo)具(ju)有(you)的(de)占(zhan)空(kong)比(bi)限(xian)製(zhi)。但(dan)是(shi)
，光(guang)耦(ou)合(he)器(qi)的(de)響(xiang)應(ying)速(su)度(du)受(shou)到(dao)原(yuan)邊(bian)發(fa)光(guang)二(er)極(ji)管(guan)(LED)電容（典型值為60 pF）的限製，而且將二極管驅動至高達1 MHz的速度也會受到其傳播延遲（最大值為100 ns）以及較慢的上升和下降時間（最大值為30 ns）的限製。

    

光(guang)耦(ou)合(he)器(qi)用(yong)於(yu)同(tong)步(bu)整(zheng)流(liu)器(qi)應(ying)用(yong)的(de)一(yi)個(ge)主(zhu)要(yao)問(wen)題(ti)是(shi)通(tong)道(dao)間(jian)的(de)時(shi)序(xu)偏(pian)差(cha)。光(guang)耦(ou)合(he)器(qi)是(shi)作(zuo)為(wei)分(fen)立(li)器(qi)件(jian)采(cai)用(yong)塑(su)料(liao)封(feng)裝(zhuang)構(gou)建(jian)的(de)，通(tong)道(dao)間(jian)的(de)差(cha)異(yi)無(wu)法(fa)像(xiang)在(zai)集(ji)成(cheng)半(ban)導(dao)體(ti)工(gong)藝(yi)中(zhong)那(na)樣(yang)進(jin)行(xing)控(kong)製(zhi)，因(yin)而(er)通(tong)道(dao)間(jian)匹(pi)配(pei)可(ke)能(neng)很(hen)大(da)（最大值為40 ns）。在(zai)同(tong)步(bu)整(zheng)流(liu)電(dian)路(lu)中(zhong)
，通(tong)道(dao)間(jian)的(de)時(shi)序(xu)需(xu)要(yao)精(jing)確(que)控(kong)製(zhi)
，以(yi)便(bian)減(jian)少(shao)一(yi)個(ge)通(tong)道(dao)關(guan)閉(bi)與(yu)另(ling)一(yi)個(ge)通(tong)道(dao)開(kai)啟(qi)之(zhi)間(jian)的(de)死(si)區(qu)時(shi)間(jian)
，否(fou)則(ze)開(kai)關(guan)損(sun)耗(hao)會(hui)提(ti)高(gao)，效(xiao)率(lv)會(hui)受(shou)到(dao)影(ying)響(xiang)。

    

由於電流傳輸比(CTR)的特性，使用光耦合器進行設計可能很困難；CTR定義輸出晶體管的電流量與驅動LED所需的電流量之比。影響CTR的因素包括溫度和老化，因此設計工程師需要估計CTR在光耦合器壽命和溫度範圍內的變化。為使CTR不隨工作條件而變化，驅動LED所需的電流可能超過10 mA，這對於高效率設計而言功耗太大。

    

此外，對於高功率同步整流器電源
，需要電阻來偏置LED和光電晶體管，需要柵極驅動器IC來提供光耦合器無法提供的高峰值電流。對於先進的緊湊型電源，光耦合器解決方案的尺寸顯得過大。

ADUM3220 4 A柵極驅動器

    

ADuM3220旨在用作隔離係統中的4A柵極驅動器，以實現同步DC-DC轉換。傳統解決方案使用2個隔離器和1個雙通道柵極驅動器。如圖1所示，一個雙通道柵極驅動器IC可ke以yi與yu兩liang個ge脈mai衝chong變bian壓ya器qi或huo兩liang個ge光guang耦ou合he器qi通tong道dao相xiang配pei合he

，由you此ci構gou成cheng的de解jie決jue方fang案an尺chi寸cun相xiang當dang大da。如ru果guo電dian源yuan應ying用yong要yao求qiu在zai較jiao小xiao的de麵mian積ji上shang提ti供gong大da量liang功gong率lv
，則ze圖tu1所示的ADuM3220就是一種不錯的解決方案，不僅麵積縮小50%以上，而且集成度更高，成本更低。

    

同步整流采用N溝道MOSFET，而不是二極管，目的是降低傳導損耗


，並提高需提供數安培電流的電源效率。實施同步DC-DC轉換器架構要求副MOSFET開關與主MOSFET開關保持開關同步。圖2顯示ADuM3220用於一個提供未調節輸出電壓的隔離式同步DC-DC轉換器的應用電路。

    

DC-DC控製器向主開關和副開關發送PWM驅動信號。主開關Q1和Q2在推挽動作中以先開後合時序接通，驅動變壓器T1的2個原線圈
，如圖2的時序波形所示。T1的副線圈需要與主線圈同步開關，即Q1接通時Q3接通
，Q2接通時Q4接通。請注意，如果顯示Q3和Q4 PWM波形的話
，其時序應提前一個等於ADuM3220已知傳播延遲的時間量，使得Q3和Q4在應該出現的時間出現。ADuM3220的典型傳播延遲僅為45 ns，qizhongbaokuoshuzigeliqiyanchihezhajiqudongqiyanchi。zhajiqudongqiyugeliqijichenghou，chuanboyanchiguigegengjingque
，zheshixiangduiyufenlimaichongbianyaqiheguangouheqijiejuefangandeyigeyoushi。

    

在高頻下執行PWM開關時，PWM控製信號需要非常嚴格的控製。例如
，當PWM頻率為ADuM3220的最大開關頻率1 MHz且占空比為50%時，脈衝寬度為500 ns。如此小的脈衝寬度要求ADuM3220的通道間匹配非常出色，否則難以實現精確開關。ADuM3220的典型通道間匹配為1 ns
，整個溫度範圍內的最大值為5 ns。通道間的精密匹配特性有助於防止交叉導通，以免損壞MOSFET，並使死區時間最短，從而降低開關損耗
，提高效率。

    

接下來我們考慮利用隔離反饋嚴格控製輸出電壓的應用
，占空比不再是固定值50%，而是不斷變化以控製輸出電壓。這種應用中
，在主開關均斷開期間，可能希望允許Q3和Q4開關同時接通，以防止Q3和Q4的主體二極管導通
，導致效率下降。圖3所示應用電路使用4 A柵極驅動器ADuM3221，它與ADuM3220非常相似，但不具有非重疊控製邏輯
，因而允許Q3和Q4同時接通。與ADuM3220不同，圖3所示提供調節輸出的ADuM3221柵極驅動器的時序圖允許開關Q3和Q4在Q1和Q2均斷開時接通。

    

總而言之，對於隔離式同步DC-DC應用，已經證明：與脈衝變壓器和光耦合器解決方案相比
，ADuM3220/ADuM3221能使解決方案尺寸縮小50%以上，通過集成降低設計複雜度，並且時序性能大為改善。

 

圖2. ADuM3220應用原理圖和時序波形

 

圖3. 提供穩壓輸出的ADuM3221應用原理圖和時序波形

 

本文提到的產品。