隔離式柵極驅動(dòng)器輸入級對電機驅動(dòng)應用的影響

介紹

在電機驅動(dòng)應用中為功率級選擇隔離式柵極驅動(dòng)器時(shí)，您有多種選擇。柵極驅動(dòng)器可簡(jiǎn)單可復雜，具有集成米勒箝位、分離輸出或絕緣柵雙極晶體管 （IGBT） ****極的欠壓 （UVLO） 鎖定參考等功能。

輸入級有兩個(gè)選項：電壓輸入級或電流輸入級。在本文中，我將介紹這兩種輸入級選項，并提供在為應用選擇帶輸入級的柵極驅動(dòng)器時(shí)應考慮的一些細節。

電壓輸入級

電壓輸入器件接受互補金屬氧化物半導體脈寬調制（PWM）信號，直接進(jìn)入低壓側或初級側的柵極驅動(dòng)器。圖1所示為典型電壓輸入隔離式柵極驅動(dòng)器的示例。輸入引腳IN+和IN-可通過(guò)大多數微控制器（MCU）提供的邏輯電平控制信號輕松驅動(dòng)。雖然IN+和IN-位于初級側，但電壓柵極驅動(dòng)器只需要其中一個(gè)輸入來(lái)接收信號即可工作。同時(shí)具有IN+和IN-允許您將PWM輸入信號配置為反相或同相。

如果需要更高的抗噪性，可以實(shí)現互補或反相邏輯PWM輸入。如果僅為應用選擇一個(gè)單輸入引腳，則可以使用另一個(gè)引腳啟用或禁用功能。

圖 1：帶電壓輸入級的單通道隔離式柵極驅動(dòng)器

電流輸入級

電流輸入器件使用電流信號進(jìn)入初級側的柵極驅動(dòng)器。圖2所示為典型電流輸入隔離式柵極驅動(dòng)器的示例。這些器件也稱(chēng)為光兼容器件，以匹配傳統光耦合器。在傳統光耦合器中，電流信號驅動(dòng)器件內部的LED在您希望柵極驅動(dòng)器導通時(shí)亮起。LED發(fā)出的光由光電探測器接收。LED和光電探測器在光耦合器內部物理分離，從而在柵極驅動(dòng)器的初級側和次級側之間實(shí)現電流隔離。

TI 驅動(dòng)器使用仿真二極管（e-二極管），有助于提高柵極驅動(dòng)器使用壽命期間的可靠性。TI 的光兼容柵極驅動(dòng)器器件使用電容隔離與 e 二極管配對，以實(shí)現引腳對引腳解決方案，這是對基于光學(xué)的柵極驅動(dòng)器的直接升級。e二極管輸入級不易受會(huì )縮短光耦合器柵極驅動(dòng)器壽命的影響，例如高溫導致的性能下降或輸入正向電流的應力，這兩者都會(huì )降低LED的亮度。采用 e-二極管的 TI 光兼容解決方案有助于延長(cháng)電機驅動(dòng)應用中的系統壽命，并在更寬的環(huán)境溫度范圍內工作。

圖 2：具有電流（光兼容）輸入級的單通道隔離式柵極驅動(dòng)器

電壓和電流輸入柵極驅動(dòng)器之間存在系統級差異?；陔妷旱慕鉀Q方案需要較少的外部元件，因此具有較小的總解決方案尺寸。MCU可以直接驅動(dòng)基于電壓的驅動(dòng)器，而基于電流的驅動(dòng)器需要一個(gè)外部緩沖器，將來(lái)自MCU的電壓信號轉換為饋入柵極驅動(dòng)器的電流。

圖3比較了電壓輸入和電流輸入柵極驅動(dòng)器，以及驅動(dòng)IGBT所需的外部元件。傳統上，許多設計人員使用電流輸入器件來(lái)幫助提高柵極驅動(dòng)器的抗擾度。與電壓信號相比，電流信號不太容易受到噪聲的影響，例如長(cháng)距離的電磁干擾。在IN+和IN-中添加低通濾波器還有助于提高柵極驅動(dòng)器的抗擾度并保持信號完整性。

圖 3：比較電壓輸入和電流輸入柵極驅動(dòng)器

聯(lián)鎖有助于防止電機驅動(dòng)功率級的擊穿，保護高側和低側配置中的電源開(kāi)關(guān)。通過(guò)將高端驅動(dòng)器的陽(yáng)極連接到低邊驅動(dòng)器的陰極，可以實(shí)現與電流輸入級柵極驅動(dòng)器的互鎖，反之亦然。對于具有單個(gè)輸入的電壓輸入級柵極驅動(dòng)器，如果柵極驅動(dòng)器同時(shí)支持 IN+ 和 IN-，則可以實(shí)現與外部邏輯元件的互鎖，或者將高端驅動(dòng)器的 IN+ 連接到低端驅動(dòng)器的 IN-（反之亦然）。圖4顯示了一個(gè)具有電流輸入柵極驅動(dòng)器的典型聯(lián)鎖示例。

圖 4：帶電流輸入柵極驅動(dòng)器的聯(lián)鎖示例

TI 為電壓或電流輸入選項提供柵極驅動(dòng)器，下表 1 對此進(jìn)行了比較。

表 1：具有替代引腳排列選項的簡(jiǎn)單隔離式柵極驅動(dòng)器

結論

柵極驅動(dòng)器的輸入級對您的電機驅動(dòng)應用有多種影響，系統要求決定了您的選擇。無(wú)論您是需要減小整體解決方案尺寸、最大限度地提高抗噪性還是實(shí)施擊穿保護，都提供多種選項來(lái)幫助您設計下一個(gè)電機驅動(dòng)功率級。