隔离式栅极驱动器提供功效更高的电源开关技术
隔离式栅极驱动器提供功效更高的电源开关技术
智能工厂中电机效率的提高将带来广泛的效益。本文将为您介绍ADI公司的隔离式栅极驱动器的重要特性。
快速开关提升电机的运作效率
按照国际能源署的数据，电机驱动系统消耗的电量占全球耗电量的40%，电机效率的提高将对节能减碳的要求带来极大的效益，通过在运行中控制MOSFET或IGBT，按照用户命令开启或关闭的速度来控制电机的电流，将可大幅提升电机运作的效率。
在功率电子（例如驱动技术）中，IGBT经常用作高电压和高电流开关。这些功率晶体管由电压控制，其主要损耗产生于开关期间。为了最大程度减小开关损耗，便要求具备较短的开关时间。然而，快速开关同时隐含着高压瞬变的危险，这可能会影响甚至损坏处理器逻辑。因此，为IGBT提供合适栅极信号的栅极驱动器，还将执行提供短路保护、并影响开关速度的功能，在选择栅极驱动器时，其中的某些特性将至关重要。
在开关期间，晶体管会处于同时施加了高电压和高电流的状态。根据欧姆定律，这将导致一定的损耗，具体取决于这些状态的持续时间，因此目标是要最大程度地减小这些时间段。此处的主要影响因素是晶体管的栅极电容，为实现开关必须对其进行充电／放电，较高的瞬态电流则会加速此过程。因此，能够在更长时间内提供更高栅极电流的驱动器，对开关损耗更能起到积极作用。
降低电磁干扰并实现电压过冲控制
ADI公司对于推广工业4.0技术的发展一直不遗余力，推出了隔离式栅极驱动器ADuM4122，这是一款采用iCoupler®技术的隔离式双驱动强度输出驱动器，使设计人员可以充分利用功效更高的电源开关技术的优势，可协助客户在向更高密度的自动化迁移时，最大化运动系统的效率，并最小化其电磁（EM）辐射。
ADuM4122是一款简单的双驱动强度输出驱动器，可以高效地在数字信号控制的两个压摆率之间切换，与现在具有20个或更多引脚的分立式解决方案或复杂的集成式解决方案相比，ADuM4122的体积更小，仅有8个引脚，可以在多种工作条件下使用。
ADuM4122采用iCoupler®技术实现高精度隔离，可通过8引脚宽体SOIC封装提供5 kV rms隔离。这些隔离组件集高速CMOS和整体式变压器技术于一身，能够提供比替代产品（例如脉冲变压器和栅极驱动器的组合）更出色的性能特点。
ADuM4122采用3.3 V到6.5 V的输入电压范围，兼容较低的电压系统。与采用高压电平转换方法的栅极驱动器不同，ADuM4122可在输入和输出区域之间实现真正的电气隔离。ADuM4122还包括两个输出引脚，便于进行两个输出驱动强度的压摆率控制。VOUT引脚遵循VIN+引脚的逻辑，而升压输出VOUT_SRC可以切换为遵循VIN+引脚或设置为高阻抗，压摆率的切换由初级侧控制，压摆率控制则可降低电磁干扰（EMI）并实现电压过冲控制。
此外，如果ADuM4122的内部温度超过热关断温度，则内部热关断会将输出设置为低。因此，ADuM4122能够可靠控制IGBT和MOSFET配置在各种开关电压下的开关特性，从而实现简单的压摆率控制。
改善系统功能适合高性能应用
ADuM4122的每个输出引脚支持2 A输出电流（<3 Ω RDSON_X），具有3 A峰值短路电流，支持3.3 V至6.5 V、VDD1，以及4.5 V至35 V、VDD2，具有正向阈值，在3.3 V VDD1时具有欠压锁定（Under Voltage Lock Out, UVLO）功能，在VDD2上则存在多个正向阈值UVLO选项，包括A级时为4.4 V（典型值）正向阈值，UVLO，B级为7.3 V（典型值）正向阈值，UVLO，C级为11.3 V（典型值）正向阈值，UVLO。
ADuM4122还支持精准定时特性，下降缘传播延迟最大为48 ns，具有CMOS输入逻辑电平，高共模瞬变抗扰度为>150 kV/µs，支持125℃的高工作结温，默认低电平输出，也具有可选择的压摆率控制，通过安全和监管审批，符合UL 1577认证，在5 kV rms时可持续1分钟，也符合CSA组件验收通知5A，并获得VDE符合性证书，符合DIN V VDE V 0884-10与VIORM = 849 V峰值。
ADuM4122进一步改善了系统的功能，具有高共模瞬变抑制性能和低传播延迟，可应用于开关式电源、隔离式IGBT和MOSFET栅极驱动器、工业逆变器等产品上，适合运动控制、机器人和能源等高性能应用。
轻松进行压摆率设置提升产品的开发速度
为加快产品的开发速度，ADI还推出支持ADuM4122的评估版。EVAL-ADuM4122EBZ评估板提供用于配置不同驱动条件的跳线和螺丝端子。EVAL-ADuM4122EBZ板可处理VIN+和SRC引脚上的方波和直流值。
ADuM4122可在高达35 V的电压下工作。VIN+引脚上的逻辑电平电压控制VOUT输出，SRC引脚则可控制VOUT_SRC引脚，是设置为高阻抗还是遵循用户在VIN+上提供的脉宽调制（PWM）输入的逻辑。当外部串联栅极电阻与来自VOUT和VOUT_SRC引脚的输出相结合时，一个隔离式栅极驱动器就能够具有两个可轻松选择的压摆率。
EVAL-ADuM4122EBZ板可测试套件的传播延迟、驱动强度、压摆率选择和输入逻辑，具备3 A短路输出能力，输出功率套件电阻为<3 Ω，输出电压范围至35 V，支持输出和输入欠压锁定（UVLO），焊盘布置适合多种开关类型与外部串联栅极电阻，具有螺纹端子易于连接，可布置用于容性负载测试，并可以使用跳线轻松进行压摆率设置。
结语
以往在采用栅极驱动器时，为确保在所有操作点都符合EM系统规定，系统通常都过度设计，但利用率不足，ADI的ADuM4122隔离式栅极驱动器可以动态地实现从较慢到较快开关的过渡，从而在不牺牲效率的情况下优化EM辐射。简而言之，当您尝试降低辐射和功耗时，不需要再牺牲性能，将是您在开发电源系统时的最佳选择之一。