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在典型的閉環電力電子系統中，柵極驅動器" target="_blank">柵極驅動器是控制系統（通常為 12V 等低壓）和主功率級（通常為 400V DC等高壓）之間的關鍵接口。柵極驅動器的目的是以干凈、穩健和及時的方式將輸入低壓控制脈沖信號轉換到功率晶體管（MOSFET、IGBT）。

在本文中，我將介紹兩種驅動高壓晶體管的方法：柵極驅動變壓器和高壓驅動 IC，并說明每種方法的優缺點。

定義柵極驅動器性能的關鍵規格是：

· 靜態特性：功能電壓（V CC/DD，自舉函數）、峰值源/灌電流和 UVLO。

· 動態特性：傳播延遲、延遲匹配、脈寬失真、共模瞬態抗擾度 (dv/dt) 和上升/下降時間。

我們還需要考慮安全標準和合規性——保護操作人員免受高于 42.4V pk AC 或 60V DC的危險電壓/電流的影響。例如，在手機充電器中，低壓直流輸出與通用交流輸入（85~265V AC）絕緣，在這種情況下，需要雙重或加強絕緣，以消除對接地金屬外殼和接地電源插頭的需求。表 1 顯示了 II 類過電壓高達 300V 的主電路中固體絕緣的測試電壓要求（IEC 61010-1 ed. 3.0）。

表 1：過電壓類別 II 主電路中固體絕緣的試驗電壓

圖 1 是一個簡化的電路圖，控制器位于次級側（次級側控制）。主功率級絕緣基于傳統的電源變壓器。我們可以使用兩種主要類型的柵極驅動器來傳輸柵極驅動信號，并在次級側和初級側柵極驅動器中的反饋控制之間進行絕緣：

· 通過磁耦合實現絕緣的柵極驅動變壓器（見圖 2[a]）。

· 具有信號隔離器接口的高側和低側柵極驅動器（參見圖 2[b]）。信號隔離器接口可以是光耦合器（光耦合）或數字隔離器（磁耦合或電容耦合）。

圖 1：具有次級側控制的簡化電路圖

柵極驅動變壓器可以提供邏輯柵極驅動信號和所需的柵極驅動器所需的峰值電流/功率能力。

高側和低側柵極驅動器使用信號隔離器接口來提供所需的絕緣，并使用柵極驅動器 IC 來提供足夠的柵極驅動功率/電流能力。

圖 2：簡化電路圖 (a) 柵極驅動變壓器 (b) 高端和低端驅動器 + 隔離器

表 2 列出了每個實施所需的關鍵組件。柵極驅動變壓器使用UCC27324作為具有兩通道 I?pk =±4A 能力的低側驅動器來驅動來自 Coilcraft 的柵極驅動變壓器和具有增強絕緣的 GA3550。高側和低側柵極驅動器加隔離器使用ISO7520C雙通道數字隔離器提供增強型隔離，UCC27714作為高側和低側柵極驅動器，Vishay MURS360 作為自舉二極管。

UCC2732x 和 UCC3732x 系列高速雙 MOSFET 驅動器提供 4A 拉電流和 4A 灌峰值電流，可有效驅動米勒高原地區最需要的 MOSFET。獨特的 BiPolar 和 MOSFET 混合輸出級并聯還允許在低電源電壓下進行有效的電流源和吸收。提供三種標準邏輯選項——雙反相、雙同相驅動器以及單反相和單同相驅動器。輸入閾值基于 TTL 和 CMOS，獨立于電源電壓，具有寬輸入遲滯，可提供出色的抗噪能力。UCC2732x 和 UCC3732x 系列采用標準 SOIC-8 (D) 或 PDIP-8 (P) 封裝以及耐熱增強型 -8 引腳 PowerPAD MSOP 封裝 (DGN)，可大幅降低熱阻以提高長期可靠性。

UCC27714 是一款 600V 高側/低側柵極驅動器，具有 4A 拉/灌電流能力，專用于驅動功率金屬氧化物半導體場效應晶體管 (MOSFET) 或絕緣柵雙極晶體管 (IGBT)。 該器件包含一個接地基準通道 (LO) 和一個懸空通道 (HO)，后者專用于自舉電源操作。 該器件具有出色的穩定性和抗擾度，能夠在 HS 引腳上的負電壓高達 –8VDC 的條件下（VDD = 12V 時）維持邏輯正常運行。

看一下表 2 中所需的總 PCB 最小面積：Type II（高側和低側驅動器加上隔離器）僅占用 215mm 2 ，將比 Type I 節省超過 50% 的 PCB 空間。而且體積考慮到增強絕緣柵極驅動變壓器的笨拙高度，節省的費用將更為顯著。

此外，此計算僅計算主要組件。在考慮信號調理電路時，Type II 比 Type I 的節省會增加。