在关键应用中使用单栅极驱动器和双栅极驱动器来增强隔离

在许多关键应用中，数据和电源必须从高压电路传输到低压电路。例如包括电机驱动器、数据中心、工业自动化和电网基础设施设备（包括太阳能逆变器）等，都能很好地说明这一点。设计人员需要可靠、稳定的电压和电流以及快速且高完整性的数据传输，但他们绝不允许不受控制的高压瞬态损坏昂贵的系统。雷击引发的电压极易损坏敏感性硅器件，并破坏数据流。此外，这种瞬态还可能给维护人员带来危险。

通过隔离实现瞬态保护。通过隔离确保整个系统的两个子电路在电气上分离，二者之间没有欧姆或电流路径（电阻无限大）；然而，信号、电源或二者仍然可以在子电路之间传输。

实现安全隔离的方法有多种。在传统技术中，会使用隔离变压器和光耦合器。然而，在需要优先考虑共模瞬态抗扰度 (CMTI)、清晰波形、小尺寸、功能集成、高开关速度、低成本、简单、可靠和长寿命等特性的应用中，栅极驱动器是一种成熟的解决方案。

栅极驱动器的高性能隔离应用

隔离式栅极驱动器 IC（图 1）可控制如隔离等级、传播延迟、寄生漏电感、寄生输入至输出电容、CMTI、元件尺寸和厚度、印刷电路板 (PC 板) 布局等多个因素，并能提供欠压锁定 (UVLO) 等保护。通过优化每个特性，工程师可以微调栅极驱动器的性能以适应具体的应用。

图 1：所示为具有 CMOS 隔离和 UVLO 保护功能的典型单通道栅极驱动器的布局。（图片来源：Skyworks Solutions）

Skyworks Solutions 提供各种隔离式栅极驱动器 IC，具有 3 V 至 20 V CMOS 输入和高达 30 V 的栅极驱动。这些 IC 分为 1 A、4 A 和 6 A 等配置版本，包括 Si82Ax、 Si82Bx、 Si82Cx、Si82Dx、Si82Ex 和 Si82Fx（图 2）。其特点包括高达 6 千伏 RMS (kV_rms) 的隔离电压、每微秒 200 kV (kV/µs) 的 CMTI、小于 45 纳秒的传播延迟，以及对 GaN、IGBT、SiC 和 MOSFET 技术的支持。

图 2：Si82Ax-Fx 单通道和双通道栅极驱动器支持 1 A、4 A 和 6 A 输出。（图片来源：Skyworks Solutions）

该器件的电压模式输出可优化开关性能，而各种 UVLO 选项和输入重叠保护可确保安全运行。其中包括抗尖峰脉冲选项、具有组合或分离输出的单通道配置、集成米勒钳位以及与所驱动电源开关类型匹配的各种 UVLO。

Si82Ax 和 Si82Dx 专用于电源和电机控制应用，而 Si82Bx 和 Si82Ex 则满足电源开关驱动要求。用于电源开关驱动的 Si82Cx 和 Si82Fx 高性能版本采用 Skyworks 的可调变电流驱动 (SelVCD) 电流模式架构，并且符合汽车标准。SelVCD 作为电流源运行，在所有运行条件下都能保持输出在目标的严格公差范围内。

隔离式栅极驱动器入门

设计人员可以从每个系列中选择多种选项来满足特定需求。例如，Si82Ax 系列中的 SI82A30BCC-IS 是一款单通道、3.75 kV、1 A 器件，非常适合驱动开关电源和电机控制等应用中的功率 MOSFET 和 IGBT。该器件分为单输出或分离输出（图 3）配置。

图 3：SI82A30BCC-IS 是一款单通道器件，非常适合驱动功率 MOSFET 和 IGBT，并提供单输出或分离输出（如图所示）配置。（图片来源：Skyworks Solutions）

Si82Fx 系列中的 SI82F29AGC-IS1 是一款 3.75 kV 双通道器件，专为 MOSFET、IGBT、SiC 和 GaN 开关架构而设计，提供双控输入（图 4 左）或单控输入（图 4 右）。输出级的 SelVCD 技术可在八个电流输出档位之间调节输出电流，无需栅极电阻器并能钳位任何米勒效应电流。

图 4：SI82F29AGC-IS1 是一款适用于 MOSFET、IGBT、SiC 和 GaN 开关架构的双通道栅极驱动器，采用双路（左）或单路（右）控制输入。（图片来源：Skyworks）

Skyworks 还为其 Si82Fx 系列提供了便捷的 SI82F39ABC-KIT 评估套件（图 5）。Si82Fx 是该套件的核心，其外围组件和功能使工程师能够测试该芯片的开关、保护和隔离能力。

图 5：SI82F39ABC-KIT 评估套件可帮助设计人员测试 Si82Fx 系列的开关、保护和隔离能力。（图片来源：Skyworks Solutions）

总结

对于需要保护数据中心、工业自动化、医疗和汽车等关键应用中的系统以及用户来说，高压电源和低压工作电路之间的隔离至关重要。Si82Ax-Fx 栅极驱动器为设计人员提供了此类系统在所有频率下高效运行所需的卓越的隔离性能、洁净的正弦输出、灵活性和可靠性。