3 柵極驅(qū)動變壓器的優(yōu)勢

使用柵極驅(qū)動變壓器有一些優(yōu)點?？偟膩碚f，柵極驅(qū)動變壓器具有以下優(yōu)勢：

• 為柵極驅(qū)動電路提供電隔離
• 傳輸信號和電源，無需使用輔助電源
• 可以輕松實現(xiàn)負柵極偏置
• 可以啟用短傳播延遲
• 根據(jù)匝數(shù)比調(diào)節(jié)電壓和電流
• 允許對極端或異常終端應用進行更多定制

在這些優(yōu)勢中，最值得一提的是柵極驅(qū)動變壓器無需輔助電源。高電壓半橋柵極驅(qū)動 IC 需要使用浮動電源為高側(cè)驅(qū)動器供電。這通常是使用自舉電路實現(xiàn)的。在隔離式柵極驅(qū)動 IC 中，有時需要使用單獨的隔離式輔助電源來保持隔離柵。柵極驅(qū)動變壓器可以將柵極電流從初級側(cè)柵極驅(qū)動器傳輸?shù)酱渭墏?cè)電源開關(guān)。電力是通過柵極驅(qū)動變壓器傳輸?shù)?，因此次級?cè)不需要輔助電源。隔離式輔助電源會顯著增加系統(tǒng)成本，因此基于柵極驅(qū)動變壓器的方法可以降低系統(tǒng)成本。

柵極驅(qū)動變壓器的另一個優(yōu)勢是推挽式拓撲提供的固有負偏置。圖 2-1 中的 PNP 關(guān)斷電路將雙極柵極驅(qū)動信號從 ±V-_DD 整流為 +V-_DD。但是，省略 PNP 關(guān)斷電路可以在關(guān)斷期間實現(xiàn) -V-_DD 偏置。在某些高功率系統(tǒng)中，對電源開關(guān)施加負偏置，以提高對米勒導通效應的抗擾度。當開關(guān)節(jié)點在高電平和低電平狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換時，寄生電流通過 C_GD 電容（也稱為米勒電容）注入。注入的電流會導致柵極電壓升高，如果柵極電壓超過電源開關(guān)的閾值電壓，可能導致誤導通。負偏置會增加柵極電壓和閾值電壓之間的電壓差，并導致對米勒開通效應的抗擾度更高。許多 SiC FET 和 IGBT 數(shù)據(jù)表建議使用負偏置來減輕米勒導通效應。

柵極驅(qū)動變壓器還可以實現(xiàn)低傳播延遲。柵極驅(qū)動信號以光速在變壓器中傳播。就柵極驅(qū)動電路而言，可以將該延遲視為 0。

總延遲來自低側(cè)驅(qū)動器 IC 的傳播延遲和次級側(cè)電路增加的上升或下降時間。在圖 3-1 中，驅(qū)動器傳播延遲出現(xiàn)在輸入電壓和初級電壓之間。不過，一旦施加初級電壓，次級電壓就會立即開始上升。較低的固有傳播延遲意味著，與其他選項相比，柵極驅(qū)動變壓器電路可以實現(xiàn)非常低的傳播延遲。其他隔離方法通常會使用開關(guān)鍵控等調(diào)制技術(shù)。任何調(diào)制和解調(diào)電路都可能會增加系統(tǒng)的傳播延遲。ISO6521 等數(shù)字隔離器 IC 的傳播延遲典型值低至 11ns。但是，在需要快速響應的應用中，基于柵極驅(qū)動變壓器的電路仍可用于實現(xiàn)超低傳播延遲系統(tǒng)。

柵極驅(qū)動變壓器的最后一個主要優(yōu)勢是易于調(diào)節(jié)電壓。變壓器的匝數(shù)比會對電壓產(chǎn)生倍增效應。雖然許多設(shè)計人員可以選擇匝數(shù)比為 1:1 的變壓器，但不同的匝數(shù)比可以提高系統(tǒng)設(shè)計的靈活性。例如，可以在初級側(cè)使用匝數(shù)比為 1:3 的 5V 總線，以在次級側(cè)產(chǎn)生 15V 柵極驅(qū)動電壓。但是，當電壓按比例增大時，電流會按比例減小。在這種情況下，初級電流可以大約比 1:1 變壓器系統(tǒng)大三倍?？傮w而言，輕松調(diào)節(jié)電壓的能力可以省去直流/直流轉(zhuǎn)換器，并提高整體系統(tǒng)的效率和靈活性。