介紹

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

輸入級有兩個選項：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器時應考慮的一些細節。

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，直接進入低壓側或初級側的柵極驅動器。圖1所示為典型電壓輸入隔離式柵極驅動器的示例。輸入引腳IN+和IN-可通過大多數微控制器(MCU)提供的邏輯電平控制信號輕松驅動。雖然IN+和IN-位于初級側，但電壓柵極驅動器只需要其中一個輸入來接收信號即可工作。同時具有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，可以實現互補或反相邏輯PWM輸入。如果僅為應用選擇一個單輸入引腳，則可以使用另一個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器

電流輸入級

電流輸入器件使用電流信號進入初級側的柵極驅動器。圖2所示為典型電流輸入隔離式柵極驅動器的示例。這些器件也稱為光兼容器件，以匹配傳統光耦合器。在傳統光耦合器中，電流信號驅動器件內部的LED在您希望柵極驅動器導通時亮起。LED發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，從而在柵極驅動器的初級側和次級側之間實現電流隔離。

TI 驅動器使用仿真二極管(e-二極管)，有助于提高柵極驅動器使用壽命期間的可靠性。TI 的光兼容柵極驅動器器件使用電容隔離與 e 二極管配對，以實現引腳對引腳解決方案，這是對基于光學的柵極驅動器的直接升級。e二極管輸入級不易受會縮短光耦合器柵極驅動器壽命的影響，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電機驅動應用中的系統壽命，并在更寬的環境溫度范圍內工作。

圖2：具有電流(光兼容)輸入級的單通道隔離式柵極驅動器

電壓和電流輸入柵極驅動器之間存在系統級差異。基于電壓的解決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可以直接驅動基于電壓的驅動器，而基于電流的驅動器需要一個外部緩沖器，將來自MCU的電壓信號轉換為饋入柵極驅動器的電流。

圖3比較了電壓輸入和電流輸入柵極驅動器，以及驅動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幫助提高柵極驅動器的抗擾度。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器

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

圖4：帶電流輸入柵極驅動器的聯鎖示例

TI 為電壓或電流輸入選項提供柵極驅動器，下表 1 對此進行了比較。

表1：具有替代引腳排列選項的簡單隔離式柵極驅動器

結論

柵極驅動器的輸入級對您的電機驅動應用有多種影響，系統要求決定了您的選擇。無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施擊穿保護，都提供多種選項來幫助您設計下一個電機驅動功率級。

審核編輯：湯梓紅