【选型】如何强化电力传输系统？会选择隔离驱动是关键

时间： 2019-07-15 来源：Silicon Labs

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【摘要】基于光耦合器的解决方案和栅极驱动变压器多年来一直是开关电源系统的支柱，但基于射频技术和主流CMOS的全集成隔离栅极驱动器产品提供了更可靠，更小，更高效的解决方案。选择太多眼花了？小编带你一起探讨如何选择合适的隔离驱动！

绿色标准正在促使电力系统设计者设计更节能，更具成本效益，更小，更可靠的电力输送系统。基于光耦合器的解决方案和栅极驱动变压器多年来一直是开关电源（SMPS）系统的支柱，但基于射频技术和主流CMOS的全集成隔离栅极驱动器产品提供了更可靠，更小，更高效的解决方案。

那么要如何选择合适隔离驱动器强化电力传输系统安全呢？小编为您整理了部分干货，欢迎往下解读。

解析隔离电源转换器
隔离式电源转换器需要功率级和信号隔离才能符合安全标准。下面的示例显示了用于500W至5 kW电源系统的典型AC-DC转换器，例如用于高效数据中心电源的AC-DC转换器。从更高级角度看，这种两级系统具有功率因数校正（PFC）电路，该电路迫使电力系统交流线路电流汲取为正弦并且与交流线路电压同相，因此，它看起来似乎作为纯电阻性负载用于更大的输入功率效率。

图1

上面的高边开关驱动器输入是初级侧接地的参考，其输出为高边MOSFET源极引脚的参考。在高边驱动期间，高边驱动器必须能够承受源极引脚处存在的400VDC共模电压，传统上由高压驱动器（HVIC）提供。相应的低侧驱动器在低电压电源（例如18V）下操作并且参考初级侧接地。桥的低边支路中的两个ac电流传感器监视每个支路中的电流，以便于在使用电压模式控制时的通量平衡。还提供了隔离屏障以确保在初级侧和次级侧接地之间没有电流流动，因此，同步MOSFET Q5和Q6的驱动器必须隔离。出于同样的原因，次级侧反馈通路也必须隔离。

解析门驱动器解决方案
1）光耦合器
尽管光耦合器通常用于反馈隔离，但是它们的传播延迟性能不足以实现同步MOSFET栅极驱动隔离电路的全部益处。具有更快延迟时间规格的光耦合器是有的，但是它们价格更加昂贵，同时仍然表现出在低成本光耦合器中发现的一些相同的性能和可靠性问题。这包括随温度的不稳定工作特性，器件老化以及由具有高内部耦合电容的单端架构产生的边缘共模瞬变电流（CMTI）。此外，光耦合器中常见的基于砷化镓的工艺技术产生了导致LED随时间失去亮度的固有磨损机制（“光输出”或LOP）。

2）门驱动变压器
考虑到上述考虑，栅极驱动变压器已经成为提供隔离栅极驱动的更流行的方法。栅极驱动变压器是微型环形变压器，其优于光耦合器，因为它们的延迟时间较短。它们比光耦合器更快，但不能传播直流电平或低频交流信号。

它们只能在隔离边界上传递有限的电压-时间，从而限制导通时间（tON）和占空比范围。这些变压器还必须在每个导通周期后复位，以防止芯饱和，需要外部电路。最后，基于变压器的设计效率低，具有高EMI，并且占用过多的板空间。

3）基于CMOS的隔离栅极驱动器
幸运的是，现在有更好的替代栅极驱动变压器和光耦合器的产品。基于CMOS的隔离技术的进步已经使隔离栅极驱动解决方案能够提供卓越的性能，功率效率，集成度和可靠性。隔离栅极驱动器，如芯科的Si823x ISOdriver系列，结合隔离技术与栅极驱动器电路，为MOSFET和绝缘栅双极晶体管（IGBT）应用提供集成的低延迟隔离驱动器解决方案。

Si823x ISOdriver产品有三种基本配置（见图2），包括：
• 高侧和低侧隔离驱动器，每个输出具有单独的控制输入
• 具有单个PWM输入的高端和低端隔离驱动器
• 双隔离驱动器

Si823x ISOdriver系列支持0.5A和4.0 A峰值输出驱动选项，可提供1 kV，2.5 kV和5 kV隔离额定值。高侧/低侧版本具有内置重叠保护和可调整死区时间发生器（双ISO版本不包含重叠保护或死区时间发生器）。因此，双ISO驱动器可用作双低边，双高边或高边/低边隔离驱动器。这些器件具有三管芯结构，使每个驱动通道与其他驱动通道以及输入侧隔离。这允许高侧和低侧沟道的极性反转，而不会产生闩锁或其他损坏。

图2：Si823x ISOdriver三种基本配置

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小猪 Lv5. 技术专家 2018-11-15

涨知识了
最强大脑 Lv4 2017-12-06

不错

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