可(kě)调電(diàn)压隔离栅极驱动器适用(yòng)于硅和 WBG 功率器件

2021-06-15

可(kě)调電(diàn)压隔离栅极驱动器适用(yòng)于硅和 WBG 功率器件

尽管 MOSFET、IGBT 和 SiC 晶體(tǐ)管经常用(yòng)于涉及高功率和高電(diàn)压的应用(yòng)，但它们的栅极由低得多(duō)的電(diàn)压驱动。例如，典型 MOSFET 的最大栅极電(diàn)压通常在 5 到 10V 之间，而 IGBT 需要 10 到 12V，而 SiC 器件的最大栅极電(diàn)压通常為(wèi) 18 到 22V。除了不同的栅极输入電(diàn)压范围外，所有(yǒu)这些器件都要求其高压和低压電(diàn)路路径必须与地隔离，以防止可(kě)能(néng)对产品及其用(yòng)户造成危险的不需要的杂散電(diàn)流。本设计理(lǐ)念中介绍的通用(yòng)可(kě)调電(diàn)压隔离栅极驱动器 (UVIGD) 旨在满足这些要求（图 1）。

图 1该電(diàn)路支持两种不同的電(diàn)源電(diàn)压，每种電(diàn)压都有(yǒu)自己独立的接地。

图 1 中所示的電(diàn)路支持两种不同的電(diàn)源電(diàn)压（12 和 24V），每个電(diàn)压都有(yǒu)自己独立的接地。光電(diàn)耦合器 (PC 187) 在驱动電(diàn)路的低压和高压部分(fēn)之间提供隔离。输入驱动信号由 LM324 运算放大器（在原理(lǐ)图的左下部分(fēn)）缓冲，然后被馈送到光耦合器，该光耦合器為(wèi) L298 双全桥驱动器供電(diàn)。

L298 可(kě)以使用(yòng)高达 42V 的電(diàn)源電(diàn)压来驱动電(diàn)感和電(diàn)容负载，例如继電(diàn)器、螺線(xiàn)管、直流和步进電(diàn)机以及压電(diàn)设备。在此设计中，该器件的宽電(diàn)源電(diàn)压范围使其可(kě)用(yòng)作通用(yòng)隔离式栅极電(diàn)压驱动器，以驱动 MOSFET、IGBT 和 SiC 晶體(tǐ)管。

LM317 由可(kě)变電(diàn)阻器 V R1 控制，為(wèi) LM298 驱动器提供可(kě)变電(diàn)源電(diàn)压，允许调整其输出信号幅度以满足 MOSFET、IGBT 和 SiC 晶體(tǐ)管的不同输入范围。為(wèi)了正常工作，L298 的输入信号 (V IN1 ) 和输出信号 (V OUT1 )之间必须有(yǒu) 2.5V 或更大的電(diàn)压差。该差分(fēn)是使用(yòng)串联连接的二极管 D1-D4 (1N4007) 上的压降产生的。二极管堆栈确保 V R1的電(diàn)阻接近零 Ω，LM317 的输出為(wèi) 5V。相反，当 V R1设置為(wèi)其最大值 (2157 Ω) 时，LM317 的输出上升至 22V。

该電(diàn)路的性能(néng)是使用(yòng)图 2中所示的测试设置来评估的。测试使用(yòng)高压开关模块（HTS 901-10-L02）作為(wèi)实验负载。图 3显示了在实验过程中进行的典型测量。

图 2此测试设置用(yòng)于评估電(diàn)路的性能(néng)。

图 3这些轨迹显示了图 2 中電(diàn)路的实验结果。

使用(yòng) 20 kHz 驱动频率和 40 kV 電(diàn)源電(diàn)压进行测试。标记為(wèi)“A”的迹線(xiàn)代表图 2 中的 A 点，即低压侧的输入信号 (5V)。标记為(wèi)“B”的迹線(xiàn)显示了通用(yòng)隔离式可(kě)调栅极電(diàn)压驱动器的输出信号 (8V) 脉冲（在图 2 中图的“B”点测得的電(diàn)压）。迹線(xiàn) C 显示了高压开关输出产生的 40 kV 下降波形。