隔離式柵極驅(qū)動器輸入級對電機(jī)驅(qū)動應(yīng)用的影響

1.前言

在為電機(jī)驅(qū)動應(yīng)用中的功率級選擇隔離式柵極驅(qū)動器時，您有多種選擇。柵極驅(qū)動器可以簡單也可以復(fù)雜，具有集成米勒鉗位、分離輸出或絕緣柵雙極晶體管 (IGBT) 發(fā)射極的欠壓 (UVLO) 鎖定參考等功能。

輸入級有兩種選擇：電壓輸入級或電流輸入級。在本文中，我將介紹兩種輸入級選項，并提供一些在為您的應(yīng)用選擇帶有輸入級的柵極驅(qū)動器時應(yīng)考慮的細(xì)節(jié)。

2.電壓輸入級

電壓輸入器件將互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體脈寬調(diào)制 (PWM) 信號直接接收到低壓側(cè)或初級側(cè)的柵極驅(qū)動器中。圖 1 顯示了典型電壓輸入隔離式柵極驅(qū)動器的示例。輸入引腳 IN+ 和 IN- 可通過大多數(shù)微控制器 (MCU) 提供的邏輯電平控制信號輕松驅(qū)動。盡管 IN+ 和 IN- 位于初級側(cè)，但電壓柵極驅(qū)動器只需要其中一個輸入來接收信號即可工作。同時擁有 IN+ 和 IN- 允許您將 PWM 輸入信號配置為反相或同相。

如果您需要更高的抗噪能力，您可以實現(xiàn)互補(bǔ)或反相邏輯 PWM 輸入。如果您只為應(yīng)用選擇一個單輸入引腳，您可以使用另一個引腳來啟用或禁用功能.

圖 1：具有電壓輸入級的單通道隔離式柵極驅(qū)動器

3.電流輸入級

電流輸入設(shè)備使用電流信號進(jìn)入初級側(cè)的柵極驅(qū)動器。圖 2 顯示了典型電流輸入隔離式柵極驅(qū)動器的示例。這些設(shè)備也稱為光電兼容設(shè)備，以匹配傳統(tǒng)光耦合器。在傳統(tǒng)光耦合器中，當(dāng)您希望柵極驅(qū)動器開啟時，電流信號會驅(qū)動器件內(nèi)部的 LED 點(diǎn)亮。LED 發(fā)出的光被光電探測器接收。LED 和光電檢測器在光耦合器內(nèi)物理分離，從而在柵極驅(qū)動器的初級側(cè)和次級側(cè)形成電流隔離。

TI 驅(qū)動器使用仿真二極管 (e-diode)，有助于提高柵極驅(qū)動器使用壽命內(nèi)的可靠性。TI 的光兼容柵極驅(qū)動器器件使用電容隔離與電子二極管配對，以實現(xiàn)引腳對引腳解決方案，該解決方案是對基于光的柵極驅(qū)動器的直接升級。電子二極管輸入級不易受到會縮短光耦合器柵極驅(qū)動器壽命的影響，例如高溫導(dǎo)致的退化或輸入正向電流的壓力，這兩者都會降低 LED 的亮度。帶有電子二極管的 TI 光電兼容解決方案有助于延長電機(jī)驅(qū)動應(yīng)用中的系統(tǒng)壽命并在更寬的環(huán)境溫度范圍內(nèi)運(yùn)行。您可以在技術(shù)文章“更換老化的光耦合器柵極驅(qū)動器”中了解有關(guān)此主題的更多信息。

圖 2：具有電流（光兼容）輸入級的單通道隔離式柵極驅(qū)動器

電壓和電流輸入柵極驅(qū)動器之間存在系統(tǒng)級差異。基于電壓的解決方案需要更少的外部組件，因此具有更小的總解決方案尺寸。MCU 可以直接驅(qū)動基于電壓的驅(qū)動器，而基于電流的驅(qū)動器需要一個外部緩沖器來將來自 MCU 的電壓信號轉(zhuǎn)換為饋入柵極驅(qū)動器的電流。

圖 3 比較了電壓輸入和電流輸入柵極驅(qū)動器，以及驅(qū)動 IGBT 所需的外部組件。許多設(shè)計人員傳統(tǒng)上使用電流輸入設(shè)備來幫助提高柵極驅(qū)動器的抗噪能力。與電壓信號相比，電流信號在較長距離內(nèi)不易受到諸如電磁干擾之類的噪聲的影響。向 IN+ 和 IN- 添加低通濾波器還有助于提高柵極驅(qū)動器的抗噪能力并保持信號完整性。

圖 3：比較電壓輸入和電流輸入柵極驅(qū)動器

互鎖有助于防止電機(jī)驅(qū)動功率級中的直通，保護(hù)高側(cè)和低側(cè)配置中的電源開關(guān)。通過將高端驅(qū)動器的陽極連接到低端驅(qū)動器的陰極，可以實現(xiàn)與電流輸入級柵極驅(qū)動器的互鎖，反之亦然。對于單輸入的電壓輸入級柵極驅(qū)動器，可以與外部邏輯元件實現(xiàn)互鎖，或者如果柵極驅(qū)動器支持兩者，則將高端驅(qū)動器的IN+連接到低端驅(qū)動器的IN-（反之亦然）輸入+和輸入-。圖 4 顯示了一個典型的帶有電流輸入柵極驅(qū)動器的互鎖示例。

圖 4：具有電流輸入柵極驅(qū)動器的互鎖示例