如何賦能新一代寬帶隙半導體？這三類隔離柵極驅動器了解一下~

在電力電子領域，為了最大限度地降低開關損耗，通常希望開關時間短。然而快速開關同時隱藏了高壓瞬變的危險，這可能會影響甚至損壞處理器邏輯。因此，必須設計更高性能的開關驅動系統。

目前，寬帶隙半導體GaN和SiC的使用數量正在急劇增加，但是并非所有柵極驅動器都適合使用這些技術，ADI針對這些GaN和SiC產品提供了豐富柵極驅動器，并將柵極驅動器分為三類：第一類是簡單柵極驅動器；第二類是監控柵極驅動器；第三類是可編程柵極驅動器。這些驅動器是根據復雜程度和系統需求來進行分類。

顧名思義，基于iCoupler技術的簡單柵極驅動器通常引腳數量少、尺寸小，但傳輸延遲極低，且具有高共模瞬變抗擾度和UVLO等保護功能，這類驅動器的路徑始終保持正向，始終向輸出端傳輸。如果無需提供短路保護，那么您可以選擇簡單柵極驅動器，這類驅動器具有速度快、性能可靠且價格更低。

ADuM4121為2 A隔離式、單通道驅動器簡單柵極驅動器，采用iCoupler技術提供精密隔離。ADuM4121提供5 kV rms隔離，。這些隔離器件將高速CMOS與單芯片變壓器技術融為一體，具有優于脈沖變壓器和柵極驅動器組合等替代器件的出色性能特征。ADuM4121采用2.5 V至6.5 V輸入電壓工作，可與較低電壓系統兼容。與采用高壓電平轉換方法的柵極驅動器相比，ADuM4121的輸入與輸出之間具有真電氣隔離優勢。

ADuM4121集成內部米勒箝位，在2 V時可在柵極驅動輸出的下降沿上激活，提供具有較低阻抗路徑的驅動柵極，以減少米勒電容感應導通的可能性。此外，ADuM4121有很多選項可用于熱關斷使能或禁用。因此，ADuM4121可在各種開關電壓范圍內對絕緣柵極雙極性晶體管(IGBT)/金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)配置的開關特性進行可靠控制。

對于監控柵極驅動器，它可能提供一些類型的保護功能，并向初級端提供一些反饋，例如故障報告，或者通過就緒引腳告知您次級側已啟動和運行。

ADuM4135是監控柵極驅動器的一員，它的額定CMTI高于100kV/us，與ADuM4121一樣它也有一個內部米勒箝位。此外，還提供去飽和保護或短路保護，可以給高電壓和高開關速度應用帶來諸多重要優勢，這種驅動器常用于碳化硅拓撲。ADuM4135是驅動SiC/GaN MOS的優質選擇，出色的傳播延遲優于50 ns，通道間匹配小于5 ns，共模瞬變抗擾度 (CMTI) 優于100 kV/μs，單一封裝能夠支持高達1500 VDC的全壽命工作電壓。

ADuM4135采用16引腳寬體SOIC封裝，包含米勒箝位，以便柵極電壓低于2 V時實現穩健的SiC/GaN MOS或IGBT單軌電源關斷。輸出側可以由單電源或雙電源供電。去飽和檢測電路集成在ADuM4135上，提供高壓短路開關工作保護。去飽和保護包含降低噪聲干擾的功能，比如在開關動作之后提供300 ns的屏蔽時間，用來屏蔽初始導通時產生的電壓尖峰。內部500 μA電流源有助于降低器件數量；如需提高抗噪水平，內部消隱開關也支持使用外部電流源?？紤]到IGBT通用閾值水平，副邊UVLO設置為11 V。ADI公司iCoupler芯片級變壓器還提供芯片高壓側與低壓側之間的控制信息隔離通信。芯片狀態信息可從專用輸出讀取。器件原邊控制器件在副邊發生故障后復位。

可編程柵極驅動器屬于復雜程度更高的驅動器，一般可以通過SPI進行一些通信，用于變更系統模式和讀取不同的寄存器故障。如果您要使用包含GaN或SiC的系統，有時您需要提供短路保護，對于這些系統您一般需要使用監控柵極驅動器或可編程柵極驅動器。

ADuM4138 是一款已針對絕緣柵極雙極晶體管 (IGBT) 驅動進行優化的單通道柵極驅動器，基于iCoupler 技術在輸入信號和輸出柵極驅動器之間實現隔離。最為重要的是，ADuM4138集成了隔離式反激控制器，所以只需開啟變壓器即可為整個系統提供隔離電源，可實現簡單的二次電壓生成，集成了過流檢測功能，可在發生去飽和事件和/或過流事件的情況下保護 IGBT。在發生故障的情況下，過流檢測可與高速兩級關閉功能相結合。下圖為具有隔離式反激控制器的高電壓隔離式IGBT柵極驅動器ADuM4138評估板。

ADuM4138 為MOSFET提供一個米勒箝位控制信號，可在使用單軌電源的情況下在米勒箝位電壓閾值降至低于 GND2 以上 2 V 時實現 IGBT 關閉?？梢栽谶M行或不進行米勒箝位操作的情況下使用單極次級電源工作。如果開啟后柵極電壓未在允許的時間內（通常為 12.8 μs）上升到內部閾值以上，低柵極電壓檢測電路可觸發故障。低電壓檢測電路可檢測導致柵極短路或弱驅動的 IGBT 器件故障。

之所以稱為可編程柵極驅動器，ADuM4138可通過SPI進行編程，它具有許多功能，它具有出色的通信功能，可編程能力和靈活性，器件初級側的串行外設接口(SPI) 總線為 ADuM4138 提供溫度感應二極管增益和偏移的場內編程功能。值存儲在器件次級端的電子可擦可編程只讀存儲器 (EEPROM) 中。此外，可以對特定的VDD2 電壓、溫度感應報告頻率和過流消隱時間進行編程。ADuM4138還可為過流事件、遠程溫度過熱事件、UVLO、熱關斷 (TSD) 和去飽和檢測提供隔離式故障報告。

ADI的iCoupler數字隔離技術誕生于世紀初期，iCoupler一路跟隨應用創新而不斷升級迭代，而今的邊緣智能設備比以往任何時候都更需要更高級別的安全性和數據完整性，高性能和敏感型電子系統也越來越多，每次設計時都必須考慮數字隔離的應用，未來隔離依然會朝向更高耐壓、更快傳輸速度以及更高集成度發展。ADI繼續將iCoupler 技術嵌入高度集成的解決方案中，這些解決方案可組合并簡化高度復雜的邊緣智能應用的信號鏈。