如何赋能新一代宽带隙半导体？这三类隔离栅极驱动器了解一下~

 

在电力电子领域，为了最大限度地降低开关损耗，通常希望开关时间短。然而快速开关同时隐藏了高压瞬变的危险，这可能会影响甚至损坏处理器逻辑。因此，必须设计更高性能的开关驱动系统。

 

 

目前，宽带隙半导体GaN和SiC的使用数量正在急剧增加，但是并非所有栅极驱动器都适合使用这些技术，ADI针对这些GaN和SiC产品提供了丰富栅极驱动器，并将栅极驱动器分为三类：第一类是简单栅极驱动器；第二类是监控栅极驱动器；第三类是可编程栅极驱动器。这些驱动器是根据复杂程度和系统需求来进行分类。

 

 

 简单栅极驱动器实现低成本隔离驱动

顾名思义，基于iCoupler技术的简单栅极驱动器通常引脚数量少、尺寸小，但传输延迟极低，且具有高共模瞬变抗扰度和UVLO等保护功能，这类驱动器的路径始终保持正向，始终向输出端传输。如果无需提供短路保护，那么您可以选择简单栅极驱动器，这类驱动器具有速度快、性能可靠且价格更低。

 

ADuM4121为2 A隔离式、单通道驱动器简单栅极驱动器，采用iCoupler技术提供精密隔离。ADuM4121提供5 kV rms隔离，。这些隔离器件将高速CMOS与单芯片变压器技术融为一体，具有优于脉冲变压器和栅极驱动器组合等替代器件的出色性能特征。ADuM4121采用2.5 V至6.5 V输入电压工作，可与较低电压系统兼容。与采用高压电平转换方法的栅极驱动器相比，ADuM4121的输入与输出之间具有真电气隔离优势。

 

 

ADuM4121集成内部米勒箝位，在2 V时可在栅极驱动输出的下降沿上激活，提供具有较低阻抗路径的驱动栅极，以减少米勒电容感应导通的可能性。此外，ADuM4121有很多选项可用于热关断使能或禁用。因此，ADuM4121可在各种开关电压范围内对绝缘栅极双极性晶体管(IGBT)/金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)配置的开关特性进行可靠控制。

 

 实现部分保护功能的监控栅极驱动器

对于监控栅极驱动器，它可能提供一些类型的保护功能，并向初级端提供一些反馈，例如故障报告，或者通过就绪引脚告知您次级侧已启动和运行。

 

ADuM4135是监控栅极驱动器的一员，它的额定CMTI高于100kV/us，与ADuM4121一样它也有一个内部米勒箝位。此外，还提供去饱和保护或短路保护，可以给高电压和高开关速度应用带来诸多重要优势，这种驱动器常用于碳化硅拓扑。ADuM4135是驱动SiC/GaN MOS的优质选择，出色的传播延迟优于50 ns，通道间匹配小于5 ns，共模瞬变抗扰度 (CMTI) 优于100 kV/μs，单一封装能够支持高达1500 VDC的全寿命工作电压。

 

 

ADuM4135采用16引脚宽体SOIC封装，包含米勒箝位，以便栅极电压低于2 V时实现稳健的SiC/GaN MOS或IGBT单轨电源关断。输出侧可以由单电源或双电源供电。去饱和检测电路集成在ADuM4135上，提供高压短路开关工作保护。去饱和保护包含降低噪声干扰的功能，比如在开关动作之后提供300 ns的屏蔽时间，用来屏蔽初始导通时产生的电压尖峰。内部500 µA电流源有助于降低器件数量；如需提高抗噪水平，内部消隐开关也支持使用外部电流源。考虑到IGBT通用阈值水平，副边UVLO设置为11 V。ADI公司iCoupler芯片级变压器还提供芯片高压侧与低压侧之间的控制信息隔离通信。芯片状态信息可从专用输出读取。器件原边控制器件在副边发生故障后复位。

 

 可编程栅极驱动器实现功能更强的复杂驱动

可编程栅极驱动器属于复杂程度更高的驱动器，一般可以通过SPI进行一些通信，用于变更系统模式和读取不同的寄存器故障。如果您要使用包含GaN或SiC的系统，有时您需要提供短路保护，对于这些系统您一般需要使用监控栅极驱动器或可编程栅极驱动器。

 

ADuM4138 是一款已针对绝缘栅极双极晶体管 (IGBT) 驱动进行优化的单通道栅极驱动器，基于iCoupler 技术在输入信号和输出栅极驱动器之间实现隔离。最为重要的是，ADuM4138集成了隔离式反激控制器，所以只需开启变压器即可为整个系统提供隔离电源，可实现简单的二次电压生成，集成了过流检测功能，可在发生去饱和事件和/或过流事件的情况下保护 IGBT。在发生故障的情况下，过流检测可与高速两级关闭功能相结合。下图为具有隔离式反激控制器的高电压隔离式IGBT栅极驱动器ADuM4138评估板。

 

 

ADuM4138 为MOSFET提供一个米勒箝位控制信号，可在使用单轨电源的情况下在米勒箝位电压阈值降至低于 GND2 以上 2 V 时实现 IGBT 关闭。可以在进行或不进行米勒箝位操作的情况下使用单极次级电源工作。如果开启后栅极电压未在允许的时间内（通常为 12.8 μs）上升到内部阈值以上，低栅极电压检测电路可触发故障。低电压检测电路可检测导致栅极短路或弱驱动的 IGBT 器件故障。

 

之所以称为可编程栅极驱动器，ADuM4138可通过SPI进行编程，它具有许多功能，它具有出色的通信功能，可编程能力和灵活性，器件初级侧的串行外设接口 (SPI) 总线为 ADuM4138 提供温度感应二极管增益和偏移的场内编程功能。值存储在器件次级端的电子可擦可编程只读存储器 (EEPROM) 中。此外，可以对特定的VDD2 电压、温度感应报告频率和过流消隐时间进行编程。ADuM4138还可为过流事件、远程温度过热事件、UVLO、热关断 (TSD) 和去饱和检测提供隔离式故障报告。

 iCoupler

ADI的iCoupler数字隔离技术诞生于世纪初期，iCoupler一路跟随应用创新而不断升级迭代，而今的边缘智能设备比以往任何时候都更需要更高级别的安全性和数据完整性，高性能和敏感型电子系统也越来越多，每次设计时都必须考虑数字隔离的应用，未来隔离依然会朝向更高耐压、更快传输速度以及更高集成度发展。ADI继续将iCoupler 技术嵌入高度集成的解决方案中，这些解决方案可组合并简化高度复杂的边缘智能应用的信号链。