阻隔式半桥栅极驱动器可用于许多运用，从要求高功率密度和功率的阻隔式DC-DC电源模块，到高阻隔电压和长时刻可靠性至关重要的太阳能逆变器等等，不胜枚举。本文将具体论述这些规划理念，探究阻隔式半桥栅极驱动器解决方案在供给高功能和小尺度解决方案方面的杰出才能。
阻隔式半桥驱动器的功用是驱动高端和低端N沟道MOSFET（或IGBT）的栅极，经过低输出阻抗下降导通损耗，一起经过快速开关时刻下降开关损耗。高端和低端驱动器需求高度匹配的时序特性，以完成准确高效开关操作。这可以削减二次开关导通前关断半桥一次开关的空载时刻。完成阻隔式半桥栅极驱动功用的典型办法是运用光耦合器进行阻隔，后跟高压栅极驱动器IC，如图1所示。
该电路的一个潜在问题是，仅有一个阻隔输入通道，并且依靠高压驱动器来供给通道间所需的时序匹配以及运用所需的死区。另一问题是，高压栅极驱动器并无电流阻隔，而是依靠结阻隔来别离同一IC中的高端驱动电压和低端驱动电压。在低端开关事情中，电路中的寄生电感或许导致输出电压VS降至地电压以下。产生这种状况时，高端驱动器或许产生闩锁，并永久性损坏。
图1.高压半桥栅极驱动器
光耦合器栅极驱动器
另一种办法（如图2所示）运用两个光耦合器来完成输出之间的电流阻隔，然后避免了高端-低端交互作用的问题。栅极驱动器电路往往置于与光耦合器相同的封装中，最常见的状况是，两个独立的光耦合器栅极驱动器IC构成完好的阻隔式半桥，成果使解决方案尺度变大。需求留意的是，光耦合器是作为分立式器材出产的，即便两个光耦合器封装在一起亦是如此，因此，它们的通道间匹配存在约束。这会增加封闭一个通道与翻开另一个通道之间的死区，然后导致功率下降。
光耦合器的响应速度相同遭到原边发光二极管(LED)电容的约束，并且将输出驱动至高达1MHz的速度也会遭到其传达推迟（最大值为500ns）以及较慢的上升和下降时刻（最大值为100ns）的约束。要使光耦合器到达最高速度，需求将LED电流增加至10mA以上，这会耗费更多功率，缩短光耦合器的寿数并下降其可靠性，尤其是在太阳能逆变器和电源运用中常见的高温环境下。
图2.光耦合器半桥栅极驱动器
脉冲变压器栅极驱动器
接下来，咱们将讨论电流阻隔器，由于它们具有更低的传达推迟、更准确的时序，因此速度比光耦合器更高。脉冲变压器是一种阻隔变压器，其作业速度可以到达半桥栅极驱动器运用一般所需的水平（最高1MHz）。栅极驱动器IC可用于供给容性MOSFET栅极充电所需的高电流。图3中的栅极驱动器以差分办法驱动脉冲变压器的原边，该变压器副边有两个绕组，用于驱动半桥的各个栅极。运用脉冲变压器的一个优势是，它不需求用阻隔电源来驱动副边MOSFET。当感应线圈中有较大的瞬态栅极驱动电流流过期（会导致振铃），这种运用就或许呈现问题。
它有或许使栅极不合需求地敞开和封闭，然后损坏MOSFET。脉冲变压器的另一个限制在于，它们在要求信号占空比在50%以上的运用中或许体现欠安。这是由于变压器只能供给沟通信号，由于铁芯磁通量有必要每半个周期复位一次以保持伏秒平衡。终究，脉冲变压器的磁芯和阻隔式绕组需求相对较大的封装。再加上驱动器%&&&&&%和其他分立式元件，终究树立的解决方案或许尺度过大，无法习惯许多高密度运用。
图3.脉冲变压器半桥栅极驱动器
数字阻隔器栅极驱动器
现在，咱们来看看以数字阻隔器来完成阻隔式半桥栅极驱动器的办法。在图4中，数字阻隔器运用规范CMOS集成电路工艺，以金属层构成变压器线圈，并以聚酰亚胺绝缘材料来别离线圈。这种组合可以完成5kVrms以上（1分钟额定值）的阻隔才能，可用于增强型阻隔电源和逆变器运用。
图4.选用变压器阻隔的数字阻隔器
图5.数字阻隔器4A栅极驱动器
如图5中电路所示，数字阻隔器消除了光耦合器中运用的LED以及与之相关的老化问题，并且功耗更低、可靠性更高。输入与输出以及输出与输出之间供给电流阻隔，以消除高端-低端的交互作用。输出驱动器经过低输出阻抗下降导通损耗，一起经过快速开关时刻下降开关损耗。与光耦合器规划不同，高端和低端数字阻隔器是输出匹配型集成电路，具有更高的功率。
高压栅极驱动器%&&&&&%（图1）会增加电平转化电路中的传达推迟，因此不能像数字阻隔器相同完成通道间时序特性的匹配。在数字阻隔器中集成栅极驱动器，可使解决方案的尺度降至单封装级，然后大幅减小解决方案尺度。
共模瞬变抗扰度
在针对高压电源的许八成桥栅极驱动器运用中，开关元件中或许产生极快的瞬变。在这些运用中，假如较大的dV/dt或许在阻隔栅上产生容性耦合，则有或许在阻隔栅上导致逻辑瞬变过错。在阻隔式半桥驱动器运用中，这种状况或许在穿插传导过程中一起翻开两个开关，因此或许损坏开关。阻隔栅上的任何寄生电容都或许成为共模瞬变的耦合途径。
光耦合器需求以敏感度极高的接收器来检测阻隔栅上传递的少数光，并且较大的共模瞬变或许打乱其输出。可以在LED与接收器之间增加一个屏蔽，以下降光耦合器对共模瞬变电压的敏感度，这种技能被运用在大都光耦合器栅极驱动器中。
该屏蔽可以进步共模瞬变抗扰度(CMTI)，从规范光耦合器不到10kV/μs的额定值提升至光耦合器栅极驱动器的25kV/μs。尽管CMTI到达25kV/μ对许多栅极驱动器运用是适宜的，可是关于瞬变电压较大的电源以及太阳能逆变器运用来说，或许需求CMTI到达50kV/μs或以上。
图6.根据电容的数字阻隔器（CMTI<10kV/μs）
数字阻隔器可以向其接收器供给更高的信号电平，并能接受极高的共模瞬变而不会导致数据过错。根据变压器的阻隔器是四端器材，可对信号供给低差分阻抗，对噪声供给高共模阻抗，然后完成优异的CMTI。
其它数字阻隔器或许运用容性耦合来产生改变的电场，完成跨过阻隔栅的数据传输。与根据变压器的阻隔器不同，根据电容的阻隔器是双端器材，噪声和信号共用同一传输途径。关于双端器材，信号频率需求远高于预期的噪声频率，以便阻隔栅电容对信号供给低阻抗，而对噪声供给高阻抗。当共模噪声电平大到足以吞没信号时，则或许打乱阻隔器输出端的数据。
图6所示为根据电容的阻隔器中产生数据打乱示例，其间，输出信号（通道4）在仅10kV/μs的共模瞬变过程中下降了6ns，形成毛刺。留意，图中数据是在根据%&&&&&%的阻隔器的打乱阈值下收集的；假如瞬变较大，打乱或许继续更长时刻，然后使MOSFET开关变得不稳定。相比之下，根据变压器的数字阻隔器可以接受超越100kV/μs的共模瞬变，而输出端不会呈现数据打乱问题（见图7）。
图7.根据变压器的数字阻隔器ADuM140x（CMTI为100kV/μs）
总而言之，关于阻隔式半桥栅极驱动器运用，现实标明，相关于根据光耦合器和脉冲变压器的规划，根据变压器的数字阻隔器具有很多优势。经过集成极大下降了解决方案尺度和规划复杂度，时序功能大大改进。经过电流阻隔输出驱动器和更高的CMTI进一步进步了鲁棒性。
