隔離式半橋驅動器的功能是驅動高端和低端N溝道MOSFET（或IGBT）的de柵zha極ji，通tong過guo低di輸shu出chu阻zu抗kang降jiang低di導dao通tong損sun耗hao，同tong時shi通tong過guo快kuai速su開kai關guan時shi間jian降jiang低di開kai關guan損sun耗hao。高gao端duan和he低di端duan驅qu動dong器qi需xu要yao高gao度du匹pi配pei的de時shi序xu特te性xing，以yi實shi現xian精jing確que高gao效xiao開kai關guan操cao作zuo。這zhe可ke以yi減jian少shao二er次ci開kai關guan導dao通tong前qian關guan斷duan半ban橋qiao一yi次ci開kai關guan的de空kong載zai時shi間jian。實shi現xian隔ge離li式shi半ban橋qiao柵zha極ji驅qu動dong功gong能neng的de典dian型xing方fang法fa是shi使shi用yong光guang耦ou合he器qi進jin行xing隔ge離li
，後hou跟gen高gao壓ya柵zha極ji驅qu動dong器qiIC
，如圖1所(suo)示(shi)。該(gai)電(dian)路(lu)的(de)一(yi)個(ge)潛(qian)在(zai)問(wen)題(ti)是(shi)
，僅(jin)有(you)一(yi)個(ge)隔(ge)離(li)輸(shu)入(ru)通(tong)道(dao)
，而(er)且(qie)依(yi)賴(lai)高(gao)壓(ya)驅(qu)動(dong)器(qi)來(lai)提(ti)供(gong)通(tong)道(dao)間(jian)所(suo)需(xu)的(de)時(shi)序(xu)匹(pi)配(pei)以(yi)及(ji)應(ying)用(yong)所(suo)需(xu)的(de)死(si)區(qu)。另(ling)一(yi)問(wen)題(ti)是(shi)，高(gao)壓(ya)柵(zha)極(ji)驅(qu)動(dong)器(qi)並(bing)無(wu)電(dian)流(liu)隔(ge)離(li)，而(er)是(shi)依(yi)賴(lai)結(jie)隔(ge)離(li)來(lai)分(fen)離(li)同(tong)一(yi)IC中的高端驅動電壓和低端驅動電壓。在低端開關事件中
，電路中的寄生電感可能導致輸出電壓VS降至地電壓以下。發生這種情況時
，高端驅動器可能發生閂鎖
，並永久性損壞。

光耦合器柵極驅動器
另一種方法（如圖2所示）利用兩個光耦合器來實現輸出之間的電流隔離
，從而避免了高端-低端交互作用的問題。柵極驅動器電路往往置於與光耦合器相同的封裝中

，最常見的情況是，兩個獨立的光耦合器柵極驅動器IC構gou成cheng完wan整zheng的de隔ge離li式shi半ban橋qiao
，結jie果guo使shi解jie決jue方fang案an尺chi寸cun變bian大da。需xu要yao注zhu意yi的de是shi，光guang耦ou合he器qi是shi作zuo為wei分fen立li式shi器qi件jian生sheng產chan的de，即ji使shi兩liang個ge光guang耦ou合he器qi封feng裝zhuang在zai一yi起qi亦yi是shi如ru此ci

，因yin此ci
，它ta們men的de通tong道dao間jian匹pi配pei存cun在zai限xian製zhi。這zhe會hui增zeng加jia關guan閉bi一yi個ge通tong道dao與yu打da開kai另ling一yi個ge通tong道dao之zhi間jian的de死si區qu


，從cong而er導dao致zhi效xiao率lv下xia降jiang。光guang耦ou合he器qi的de響xiang應ying速su度du同tong樣yang受shou到dao原yuan邊bian發fa光guang二er極ji管guan(LED)電容的限製
，而且將輸出驅動至高達1MHz的速度也會受到其傳播延遲（最大值為500 ns）以及較慢的上升和下降時間（最大值為100 ns）的限製。要使光耦合器達到最高速度
，需要將LED電流增加至10mA以上
，這會消耗更多功率，縮短光耦合器的壽命並降低其可靠性
，尤其是在太陽能逆變器和電源應用中常見的高溫環境下。
脈衝變壓器柵極驅動器

接下來
，我們將探討電流隔離器，由於它們具有更低的傳播延遲、更精確的時序，因此速度比光耦合器更高。脈衝變壓器是一種隔離變壓器，其工作速度可以達到半橋柵極驅動器應用通常所需的水平（最高1MHz）。柵極驅動器IC可用於提供容性MOSFET柵極充電所需的高電流。圖3中(zhong)的(de)柵(zha)極(ji)驅(qu)動(dong)器(qi)以(yi)差(cha)分(fen)方(fang)式(shi)驅(qu)動(dong)脈(mai)衝(chong)變(bian)壓(ya)器(qi)的(de)原(yuan)邊(bian)，該(gai)變(bian)壓(ya)器(qi)副(fu)邊(bian)有(you)兩(liang)個(ge)繞(rao)組(zu)，用(yong)於(yu)驅(qu)動(dong)半(ban)橋(qiao)的(de)各(ge)個(ge)柵(zha)極(ji)。使(shi)用(yong)脈(mai)衝(chong)變(bian)壓(ya)器(qi)的(de)一(yi)個(ge)優(you)勢(shi)是(shi)，它(ta)不(bu)需(xu)要(yao)用(yong)隔(ge)離(li)電(dian)源(yuan)來(lai)驅(qu)動(dong)副(fu)邊(bian)MOSFET。當感應線圈中有較大的瞬態柵極驅動電流流過時（會導致振鈴）

，這種應用就可能出現問題。它有可能使柵極不合需要地開啟和關閉
，從而損壞MOSFET。脈衝變壓器的另一個局限在於，它們在要求信號占空比在50%以yi上shang的de應ying用yong中zhong可ke能neng表biao現xian不bu佳jia。這zhe是shi由you於yu變bian壓ya器qi隻zhi能neng提ti供gong交jiao流liu信xin號hao

，因yin為wei鐵tie芯xin磁ci通tong量liang必bi須xu每mei半ban個ge周zhou期qi複fu位wei一yi次ci以yi維wei持chi伏fu秒miao平ping衡heng。最zui後hou
，脈mai衝chong變bian壓ya器qi的de磁ci芯xin和he隔ge離li式shi繞rao組zu需xu要yao相xiang對dui較jiao大da的de封feng裝zhuang。再zai加jia上shang驅qu動dong器qiIC和其他分立式元件，最終建立的解決方案可能尺寸過大，無法適應許多高密度應用。 數字隔離器柵極驅動器

現在，我們來看看以數字隔離器來實現隔離式半橋柵極驅動器的方法。在圖4中，數字隔離器使用標準CMOS集成電路工藝，以金屬層形成變壓器線圈，並以聚酰亞胺絕緣材料來分離線圈。這種組合可以實現5 kV rms以上（1分鍾額定值）的隔離能力，可用於增強型隔離電源和逆變器應用。
如圖5中電路所示，數字隔離器消除了光耦合器中使用的LED以及與之相關的老化問題，而且功耗更低
、可靠性更高。輸入與輸出以及輸出與輸出之間提供電流隔離
，以消除高端-低di端duan的de交jiao互hu作zuo用yong。輸shu出chu驅qu動dong器qi通tong過guo低di輸shu出chu阻zu抗kang降jiang低di導dao通tong損sun耗hao，同tong時shi通tong過guo快kuai速su開kai關guan時shi間jian降jiang低di開kai關guan損sun耗hao。與yu光guang耦ou合he器qi設she計ji不bu同tong，高gao端duan和he低di端duan數shu字zi隔ge離li器qi是shi輸shu出chu匹pi配pei型xing集ji成cheng電dian路lu

，具ju有you更geng高gao的de效xiao率lv。高gao壓ya柵zha極ji驅qu動dong器qi集ji成cheng電dian路lu（圖1）會(hui)增(zeng)加(jia)電(dian)平(ping)轉(zhuan)換(huan)電(dian)路(lu)中(zhong)的(de)傳(chuan)播(bo)延(yan)遲(chi)
，因(yin)而(er)不(bu)能(neng)像(xiang)數(shu)字(zi)隔(ge)離(li)器(qi)一(yi)樣(yang)實(shi)現(xian)通(tong)道(dao)間(jian)時(shi)序(xu)特(te)性(xing)的(de)匹(pi)配(pei)。在(zai)數(shu)字(zi)隔(ge)離(li)器(qi)中(zhong)集(ji)成(cheng)柵(zha)極(ji)驅(qu)動(dong)器(qi)，可(ke)使(shi)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)的(de)尺(chi)寸(cun)降(jiang)至(zhi)單(dan)封(feng)裝(zhuang)級(ji)
，從(cong)而(er)大(da)幅(fu)減(jian)小(xiao)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)尺(chi)寸(cun)。

共模瞬變抗擾度

在針對高壓電源的許多半橋柵極驅動器應用中，開關元件中可能發生極快的瞬變。在這些應用中，如果較大的dV/dt可ke能neng在zai隔ge離li柵zha上shang發fa生sheng容rong性xing耦ou合he，則ze有you可ke能neng在zai隔ge離li柵zha上shang導dao致zhi邏luo輯ji瞬shun變bian錯cuo誤wu。在zai隔ge離li式shi半ban橋qiao驅qu動dong器qi應ying用yong中zhong
，這zhe種zhong情qing況kuang可ke能neng在zai交jiao叉cha傳chuan導dao過guo程cheng中zhong同tong時shi打da開kai兩liang個ge開kai關guan，因yin而er可ke能neng損sun壞huai開kai關guan。隔ge離li柵zha上shang的de任ren何he寄ji生sheng電dian容rong都dou可ke能neng成cheng為wei共gong模mo瞬shun變bian的de耦ou合he路lu徑jing。光guang耦ou合he器qi需xu要yao以yi敏min感gan度du極ji高gao的de接jie收shou器qi來lai檢jian測ce隔ge離li柵zha上shang傳chuan遞di的de少shao量liang光guang
，而er且qie較jiao大da的de共gong模mo瞬shun變bian可ke能neng擾rao亂luan其qi輸shu出chu。可ke以yi在zaiLED與yu接jie收shou器qi之zhi間jian添tian加jia一yi個ge屏ping蔽bi，以yi降jiang低di光guang耦ou合he器qi對dui共gong模mo瞬shun變bian電dian壓ya的de敏min感gan度du，這zhe種zhong技ji術shu被bei運yun用yong在zai多duo數shu光guang耦ou合he器qi柵zha極ji驅qu動dong器qi中zhong。該gai屏ping蔽bi可ke以yi提ti高gao共gong模mo瞬shun變bian抗kang擾rao度du(CMTI)，從標準光耦合器不到10kV/μs的額定值提升至光耦合器柵極驅動器的25kV/μs。雖然CMTI達到25kV/μ對許多柵極驅動器應用是合適的，但是對於瞬變電壓較大的電源以及太陽能逆變器應用來說

，可能需要CMTI達到50kV/μs或以上。
數shu字zi隔ge離li器qi可ke以yi向xiang其qi接jie收shou器qi提ti供gong更geng高gao的de信xin號hao電dian平ping

，並bing能neng承cheng受shou極ji高gao的de共gong模mo瞬shun變bian而er不bu會hui導dao致zhi數shu據ju錯cuo誤wu。基ji於yu變bian壓ya器qi的de隔ge離li器qi是shi四si端duan器qi件jian，可ke對dui信xin號hao提ti供gong低di差cha分fen阻zu抗kang，對dui噪zao聲sheng提ti供gong高gao共gong模mo阻zu抗kang，從cong而er實shi現xian優you秀xiu的deCMTI。qitashuzigeliqikenengshiyongrongxingouhelaichanshengbianhuadedianchang
，shixiankuayuegelizhadeshujuchuanshu。yujiyubianyaqidegeliqibutong，jiyudianrongdegeliqishishuangduanqijian，zaoshenghexinhaogongyongtongyichuanshulujing。duiyushuangduanqijian，xinhaopinlvxuyaoyuangaoyuyuqidezaoshengpinlv，yibiangelizhadianrongduixinhaotigongdizukang，erduizaoshengtigonggaozukang。danggongmozaoshengdianpingdadaozuyiyanmeixinhaoshi，zekenengraoluangeliqishuchuduandeshuju。tu6所示為基於電容的隔離器中發生數據擾亂示例
，其中，輸出信號（通道4）在僅10kV/μs的共模瞬變過程中下降了6 ns，造成毛刺。注意，圖中數據是在基於電容的隔離器的擾亂閾值下采集的
；如果瞬變較大，擾亂可能持續更長時間，從而使MOSFET開關變得不穩定。相比之下
，基於變壓器的數字隔離器能夠承受超過100kV/μs的共模瞬變，而輸出端不會出現數據擾亂問題（見圖7）。 zongeryanzhi，duiyugelishibanqiaozhajiqudongqiyingyong，shishibiaoming，xiangduiyujiyuguangouheqihemaichongbianyaqidesheji，jiyubianyaqideshuzigeliqijuyouzhongduoyoushi。tongguojichengjidajiangdilejiejuefanganchicunheshejifuzadu，shixuxingnengdadagaishan。tongguodianliugelishuchuqudongqihegenggaodeCMTI進一步提高了魯棒性。