典型電源管理結構

高功率電平帶來更高的係統電壓
，因此轉換器內所用各種組件的切斷電壓也更高。為了降低400V以上電壓的功率損耗，大多數電路設計人員更喜歡使用絕緣柵極雙極型晶體管(IGBT)
，或者最新的碳化矽(SiC)FET。這些器件的切斷電壓可高達1200V
，並且相比等效Si MOSFET擁有更低的“導通”電阻。這些複雜的電源係統通常由一個數字信號處理器、yigeweikongzhiqihuozheyigezhuanyongshuzidianyuankongzhiqilaiguanli。yinci，tamenchangchanghuiyaoqiutongshijiangdianhexinhaodougeliyugonglvjidegaozaoshengkaiguanhuanjing。jishizaiwentaikaiguanzhouqinei，dianludedianyahedianliuyehuijuliebianhua
，xingchengmingxiandejieditiaodong。


圖2表明
，即使是一個單相DC到AC逆變器，也需要許多柵極驅動器，以正確地在功率級中對IGBT進行開關操作。本文講述的電源開關的驅動是基於德州儀器單通道柵極驅動器UCC27531。作為一種單通道柵極驅動器，隻要具有必需的信號和偏壓隔離
， UCC27531就jiu可ke以yi驅qu動dong開kai關guan橋qiao的de任ren何he開kai關guan。利li用yong一yi個ge光guang耦ou合he器qi或huo者zhe數shu字zi隔ge離li器qi


，實shi現xian信xin號hao隔ge離li。對dui於yu偏pian壓ya隔ge離li
，設she計ji人ren員yuan可ke以yi使shi用yong一yi種zhong帶dai二er極ji管guan和he電dian容rong器qi的de自zi舉ju電dian路lu，或huo者zhe一yi個ge隔ge離li式shi偏pian壓ya電dian源yuan。另ling一yi種zhong方fang法fa是shi，與yu控kong製zhi器qi一yi樣yang，連lian接jie同tong一yi個ge隔ge離li端duan上shang的de柵zha極ji驅qu動dong器qi，然ran後hou通tong過guo柵zha極ji驅qu動dong器qi後hou麵mian的de一yi個ge柵zha極ji變bian壓ya器qi驅qu動dong開kai關guan。這zhe種zhong方fang法fa允yun許xu通tong過guo控kong製zhi端duan上shang一yi個ge非fei隔ge離li式shi電dian源yuan，對dui驅qu動dong器qi進jin行xing偏pian置zhi。


可再生能源的柵極驅動器

作為一種小型、非隔離式柵極驅動器，單通道UCC27531可以很好地工作在前述環境下。它的IC輸入信號通過一個光耦合器或者數字隔離器提供。它的高電源/輸出驅動電壓範圍為10到35V，讓其成為12V Si MOSFET應用和IGBT/SiC FET應用的理想選擇。這裏，正柵極驅動通常更高
，並且關斷時負電壓下拉
，目的是防止電源開關受到錯誤導通的損害。一般而言
，SiC FET由一個相對於電源的+20/-5V柵極驅動器驅動。同樣，就IGBT而言
，係統設計人員可能會使用一個+18/-13V柵極驅動，如圖3所示。

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由於UCC27531是一種軌到軌驅動器，因此相對於發射極
，OUTH上拉電源開關柵極至其18V VDD。相對於發射極
，OUTL下拉柵極至驅動器的–13 V GND。驅動器有效地從+18到-13V
，或者從相對於其自有GND的VDD到31V。另外
，35V額定電壓提供了一定的餘量，可防止噪聲和振鈴產生的IC過電壓故障。

OUTH和OUTL的分離輸出，允許用戶單獨控製導通(灌)電流和關斷(拉)電(dian)流(liu)。它(ta)幫(bang)助(zhu)最(zui)大(da)化(hua)效(xiao)率(lv)，並(bing)保(bao)持(chi)開(kai)關(guan)時(shi)間(jian)控(kong)製(zhi)，從(cong)而(er)滿(man)足(zu)噪(zao)聲(sheng)和(he)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)要(yao)求(qiu)。另(ling)外(wai)，即(ji)使(shi)是(shi)分(fen)離(li)輸(shu)出(chu)，單(dan)柵(zha)極(ji)驅(qu)動(dong)器(qi)也(ye)在(zai)輸(shu)出(chu)級(ji)保(bao)持(chi)最(zui)小(xiao)電(dian)感(gan)，防(fang)止(zhi)出(chu)現(xian)過(guo)多(duo)振(zhen)鈴(ling)和(he)過(guo)衝(chong)。利(li)用(yong)一(yi)種(zhong)非(fei)對(dui)稱(cheng)驅(qu)動(dong)(2.5A導通，5A關斷)
，UCC27531jingguoleyouhua，shiyongyugaogonglvkezaishengnengyuanyingyongdepingjunkaiguanshixu。zaizhe
，liyongdixialazukang，zhezhongqudongqitongguoquebaozhajibuzaoshoudianyajianfenglaizengjiakekaoxing。youyuIGBT的集電極和柵極之間以及FET的漏極和柵極之間的寄生米勒效應電容
，這些電壓尖峰可能會導致出現錯誤導通。開關導通期間集電極/漏極電壓迅速上升，這時在柵極上拉升電壓
，這種內部電容便以此來引導柵極超出導通閾值電壓。

UCC27531的輸入級也為可再生能源等高可靠性係統而設計。它擁有一個所謂的TTL/CMOS輸入
，其與電源電壓無關，從而實現了與標準TTL級信號的兼容。相比典型TTL中的常見0.5V磁滯，它擁有約1V的高磁滯。如果輸入信號因故丟失變得不穩定，則拉低輸出。另外，驅動器IC的GND電壓較大變化時，如果在開關沿期間GND跳動較高
，則輸入信號可能表現為負。由於能夠連續對這些事件期間輸入(IN)或激活(EN)端上-5V電壓進行處理，因此驅動器成功地解決了這個問題。

UCC27531使用3 x 3mm的工業標準SOT-23封裝，相比使用離散式電平位移器
、沒有負輸入能力或者缺少保護的離散式雙晶體管解決方案，它擁有非常大的競爭力。除節省大量空間以外，把UCC27531的各種功能集成到一塊單IC封裝中還提高了係統的整體可靠性。

這種單通道驅動器是一種引人注目的解決方案
，因為它可以非常靠近電源開關柵極放置。相比在一塊單IC中組合高側/低(di)側(ce)柵(zha)極(ji)驅(qu)動(dong)器(qi)，它(ta)的(de)靈(ling)活(huo)度(du)更(geng)高(gao)。這(zhe)種(zhong)靈(ling)活(huo)性(xing)可(ke)幫(bang)助(zhu)最(zui)小(xiao)化(hua)驅(qu)動(dong)器(qi)和(he)電(dian)源(yuan)開(kai)關(guan)之(zhi)間(jian)的(de)電(dian)感(gan)

，並(bing)讓(rang)設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)能(neng)夠(gou)更(geng)好(hao)地(di)控(kong)製(zhi)開(kai)關(guan)柵(zha)極(ji)。圖(tu)2說明了許多高功率開關如何集成到一個DC到AC級單相中。對於一個完整的多轉換(DC和AC之間往複轉換)三相係統而言，甚至一些應用中還需要DC到DC轉換增壓級，需要許多的柵極驅動器。每一個驅動器的放置都必須在PCB上安排好，以確保獲得正確的設計。

雖然表麵看起來
，電源開關的柵極驅動器隻是總係統控製和電力生產流程中一個小小的部件，但它們對整體設計性能卻十分的重要。

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