如何賦能新一代寬帶隙半導(dǎo)體？這三類隔離柵極驅(qū)動器了解一下~

在電力電子領(lǐng)域，為了最大限度地降低開關(guān)損耗，通常希望開關(guān)時間短。然而快速開關(guān)同時隱藏了高壓瞬變的危險，這可能會影響甚至損壞處理器邏輯。因此，必須設(shè)計更高性能的開關(guān)驅(qū)動系統(tǒng)。

目前，寬帶隙半導(dǎo)體GaN和SiC的使用數(shù)量正在急劇增加，但是并非所有柵極驅(qū)動器都適合使用這些技術(shù)，ADI針對這些GaN和SiC產(chǎn)品提供了豐富柵極驅(qū)動器，并將柵極驅(qū)動器分為三類：第一類是簡單柵極驅(qū)動器；第二類是監(jiān)控柵極驅(qū)動器；第三類是可編程柵極驅(qū)動器。這些驅(qū)動器是根據(jù)復(fù)雜程度和系統(tǒng)需求來進(jìn)行分類。

顧名思義，基于iCoupler技術(shù)的簡單柵極驅(qū)動器通常引腳數(shù)量少、尺寸小，但傳輸延遲極低，且具有高共模瞬變抗擾度和UVLO等保護(hù)功能，這類驅(qū)動器的路徑始終保持正向，始終向輸出端傳輸。如果無需提供短路保護(hù)，那么您可以選擇簡單柵極驅(qū)動器，這類驅(qū)動器具有速度快、性能可靠且價格更低。

ADuM4121為2 A隔離式、單通道驅(qū)動器簡單柵極驅(qū)動器，采用iCoupler技術(shù)提供精密隔離。ADuM4121提供5 kV rms隔離，。這些隔離器件將高速CMOS與單芯片變壓器技術(shù)融為一體，具有優(yōu)于脈沖變壓器和柵極驅(qū)動器組合等替代器件的出色性能特征。ADuM4121采用2.5 V至6.5 V輸入電壓工作，可與較低電壓系統(tǒng)兼容。與采用高壓電平轉(zhuǎn)換方法的柵極驅(qū)動器相比，ADuM4121的輸入與輸出之間具有真電氣隔離優(yōu)勢。

ADuM4121集成內(nèi)部米勒箝位，在2 V時可在柵極驅(qū)動輸出的下降沿上激活，提供具有較低阻抗路徑的驅(qū)動?xùn)艠O，以減少米勒電容感應(yīng)導(dǎo)通的可能性。此外，ADuM4121有很多選項可用于熱關(guān)斷使能或禁用。因此，ADuM4121可在各種開關(guān)電壓范圍內(nèi)對絕緣柵極雙極性晶體管(IGBT)/金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)配置的開關(guān)特性進(jìn)行可靠控制。

對于監(jiān)控柵極驅(qū)動器，它可能提供一些類型的保護(hù)功能，并向初級端提供一些反饋，例如故障報告，或者通過就緒引腳告知您次級側(cè)已啟動和運(yùn)行。

ADuM4135是監(jiān)控柵極驅(qū)動器的一員，它的額定CMTI高于100kV/us，與ADuM4121一樣它也有一個內(nèi)部米勒箝位。此外，還提供去飽和保護(hù)或短路保護(hù)，可以給高電壓和高開關(guān)速度應(yīng)用帶來諸多重要優(yōu)勢，這種驅(qū)動器常用于碳化硅拓?fù)?。ADuM4135是驅(qū)動SiC/GaN MOS的優(yōu)質(zhì)選擇，出色的傳播延遲優(yōu)于50 ns，通道間匹配小于5 ns，共模瞬變抗擾度 (CMTI) 優(yōu)于100 kV/μs，單一封裝能夠支持高達(dá)1500 VDC的全壽命工作電壓。

ADuM4135采用16引腳寬體SOIC封裝，包含米勒箝位，以便柵極電壓低于2 V時實現(xiàn)穩(wěn)健的SiC/GaN MOS或IGBT單軌電源關(guān)斷。輸出側(cè)可以由單電源或雙電源供電。去飽和檢測電路集成在ADuM4135上，提供高壓短路開關(guān)工作保護(hù)。去飽和保護(hù)包含降低噪聲干擾的功能，比如在開關(guān)動作之后提供300 ns的屏蔽時間，用來屏蔽初始導(dǎo)通時產(chǎn)生的電壓尖峰。內(nèi)部500 μA電流源有助于降低器件數(shù)量；如需提高抗噪水平，內(nèi)部消隱開關(guān)也支持使用外部電流源。考慮到IGBT通用閾值水平，副邊UVLO設(shè)置為11 V。ADI公司iCoupler芯片級變壓器還提供芯片高壓側(cè)與低壓側(cè)之間的控制信息隔離通信。芯片狀態(tài)信息可從專用輸出讀取。器件原邊控制器件在副邊發(fā)生故障后復(fù)位。

可編程柵極驅(qū)動器屬于復(fù)雜程度更高的驅(qū)動器，一般可以通過SPI進(jìn)行一些通信，用于變更系統(tǒng)模式和讀取不同的寄存器故障。如果您要使用包含GaN或SiC的系統(tǒng)，有時您需要提供短路保護(hù)，對于這些系統(tǒng)您一般需要使用監(jiān)控柵極驅(qū)動器或可編程柵極驅(qū)動器。

ADuM4138 是一款已針對絕緣柵極雙極晶體管 (IGBT) 驅(qū)動進(jìn)行優(yōu)化的單通道柵極驅(qū)動器，基于iCoupler 技術(shù)在輸入信號和輸出柵極驅(qū)動器之間實現(xiàn)隔離。最為重要的是，ADuM4138集成了隔離式反激控制器，所以只需開啟變壓器即可為整個系統(tǒng)提供隔離電源，可實現(xiàn)簡單的二次電壓生成，集成了過流檢測功能，可在發(fā)生去飽和事件和/或過流事件的情況下保護(hù) IGBT。在發(fā)生故障的情況下，過流檢測可與高速兩級關(guān)閉功能相結(jié)合。下圖為具有隔離式反激控制器的高電壓隔離式IGBT柵極驅(qū)動器ADuM4138評估板。

ADuM4138 為MOSFET提供一個米勒箝位控制信號，可在使用單軌電源的情況下在米勒箝位電壓閾值降至低于 GND2 以上 2 V 時實現(xiàn) IGBT 關(guān)閉。可以在進(jìn)行或不進(jìn)行米勒箝位操作的情況下使用單極次級電源工作。如果開啟后柵極電壓未在允許的時間內(nèi)（通常為 12.8 μs）上升到內(nèi)部閾值以上，低柵極電壓檢測電路可觸發(fā)故障。低電壓檢測電路可檢測導(dǎo)致柵極短路或弱驅(qū)動的 IGBT 器件故障。

之所以稱為可編程柵極驅(qū)動器，ADuM4138可通過SPI進(jìn)行編程，它具有許多功能，它具有出色的通信功能，可編程能力和靈活性，器件初級側(cè)的串行外設(shè)接口(SPI) 總線為 ADuM4138 提供溫度感應(yīng)二極管增益和偏移的場內(nèi)編程功能。值存儲在器件次級端的電子可擦可編程只讀存儲器 (EEPROM) 中。此外，可以對特定的VDD2 電壓、溫度感應(yīng)報告頻率和過流消隱時間進(jìn)行編程。ADuM4138還可為過流事件、遠(yuǎn)程溫度過熱事件、UVLO、熱關(guān)斷 (TSD) 和去飽和檢測提供隔離式故障報告。

ADI的iCoupler數(shù)字隔離技術(shù)誕生于世紀(jì)初期，iCoupler一路跟隨應(yīng)用創(chuàng)新而不斷升級迭代，而今的邊緣智能設(shè)備比以往任何時候都更需要更高級別的安全性和數(shù)據(jù)完整性，高性能和敏感型電子系統(tǒng)也越來越多，每次設(shè)計時都必須考慮數(shù)字隔離的應(yīng)用，未來隔離依然會朝向更高耐壓、更快傳輸速度以及更高集成度發(fā)展。ADI繼續(xù)將iCoupler 技術(shù)嵌入高度集成的解決方案中，這些解決方案可組合并簡化高度復(fù)雜的邊緣智能應(yīng)用的信號鏈。