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目录
一、栅极驱动器先容
1）为什么须要栅极驱动器？
2）功率器件开关过程先容
3）三种常见驱动芯片先容
二、隔离方案先容
1）为什么须要隔离驱动
2）主流隔离方案先容
3）纳芯微隔离方案先容
1)
栅极驱动器先容
1）为什么须要栅极驱动器？
栅极驱动器是低压掌握器和高功电路之间的缓冲电路，用于放大掌握器的掌握旗子暗记，从而实现功率器件更有效的导通和关断。
1. 栅极驱动器的浸染总结如下：
1. 将掌握器的低压旗子暗记转化为更高电压的驱动旗子暗记，以实现功率器件稳定导通和关断。
2. 栅极驱动器能供应瞬态的拉和灌电流，提高功率器件的开关速率，降落开关损耗。
3. 驱动器能够有效隔绝高功率电路的噪声，防止敏感电路被滋扰。
4. 常日驱动器集成了保护功能，有效防止功率器件破坏。
可见，栅极驱动的利用是为了让功率器件能更好的在系统中发挥浸染。
2. 常见的功率器件有如下四种：
- Si -MOSFET耐压在20V-650V适用于小功率系统。
- Si-IGBT耐压大于650V，耐流能力强，适用于高压高功率系统。
Si-MOSFET和Si-IGBT都属与Si基的功率器件，制造工艺成熟稳定，目前已经得到广泛利用。
- SiC-MOSFET耐压能力与IGBT相称，但其开关速率快，开关损耗小，更适用于高压高功率系统。
- GaN器件目前由于工艺受限，常日耐压在650V以下，但开关性能上风明显，适用高频高功率系统。
SiC-MOSFET和GaN器件属于第三代宽禁带半导体，性能较Si基器件上风明显，未来运用市场广泛。
3. 纳芯微的驱动产品种别
不同的功率器件对栅极驱动哀求有所不同，目前纳芯微针对四种功率器件，分别开拓出了与之适配的驱动产品。
表一：常见4款功率器件特性一览
2）功率器件开关过程
栅极驱动是如何掌握功率器件导通关断的呢？下面将详细先容功率器件开关过程。功率器件存在等效的寄生电容，CGS, CGD，CDS。功率器件的开关过程可以等效成对寄生电容的充放电过程。
1. 导通过程
对付导通过程，驱动芯片将输出经由内部拉电流MOS接到驱动电源，通过栅极电阻对CGS充电和CGD放电。
图一：功率器件开关过程图示
(t0-t1)阶段：栅极电流给 CGS充电，VGS电压逐渐增加。此时功率器件还处于完备关断状态。
(t1-t2)阶段：VGS电压升高到大于栅极阈值电压Vth，功率器件开始导通，IDS电流随着VGS升高而增加直到最大值。
(t2-t3)阶段：属于Miller平台期间，栅极电流紧张给CGD放电，VDS电压开始降落。器件进入完备导通状态。
(t3-t4)阶段：栅极电流连续给CGS充电， VGS逐渐上升到电源电压，栅极电流降落为零，导通过程结束，个中，功率器件的导通损耗紧张发生在t1-t3阶段。
2. 关断过程
对付关断过程，驱动芯片将输出经由内部灌电流MOS接到GND，通过栅极电阻对CGS放电和对CGD充电。
(t0-t1)阶段：栅极电流紧张给 CGS放电，VGS电压逐渐减小。
(t1-t2)阶段：属于Miller平台期间，栅极电流紧张给CGD充电，同时VDS电压开始上升，当电压达到VDC后，Miller平台结束。
(t2-t3)阶段：IDS电流开始降落，当VGS降落至Vth时，IDS降为零，功率器件完备关断。
(t3-t4)阶段：栅极电流连续给CGS放电，VGS电压终极降落为零。关断过程结束。
功率器件的关断损耗紧张发生在t1-t3
综上可知，缩减t1-t3阶段韶光，能够有效降落功率器件的开关损耗。
3）常见的三种驱动芯片先容
目前常用的驱动芯片有三种，分别是非隔离低边驱动，非隔离半桥驱动，隔离驱动。
1. 对付非隔离低边驱动，只能用于参考是GND的功率器件，可以实现双通道或单通道驱动。非隔离驱动运用比较大略，只须要单电源供电即可。紧张用于低压系统中，如AC/DC、电动工具，低压DC/DC等。目前纳芯微有非隔离低边驱动芯片NSD1026V和NSD1015等。
图二：非隔离底边驱动功能框图
2. 非隔离半桥驱动用于带半桥的功率系统中。高低边的耐压常日采取电平转换或隔离，耐压在200V-600V范围。为了防止涌现桥臂直通，半桥驱动都带有互锁功能。在系统运用中，常日采取单电源加自举供电，紧张运用在低压或高压系统中，如AC/DC、电机驱动，车载DC/DC等。目前纳芯微有半桥驱动芯片NSD1624，NSD1224等。
图三：非隔离半桥驱动功能框图
3. 隔离驱动，通过内部隔离带，将高压和低压进行物理隔离。隔离驱动运用灵巧，有单通道和双通道隔离驱动，可以用于低边，高边或半桥运用等。为了在系统中实现原副边隔离，高压侧须要采取隔离电源供电，供电系统相对繁芜。隔离驱动紧张用于高压系统中，如电驱，光伏逆变器，OBC等。目前纳芯微有双通道隔离驱动NSI6602，单通道隔离驱动NSI6601/NSI6601M，光耦兼容的隔离单管驱动NSI6801，智能隔离驱动NSI6611/NSI68515等。
图四：隔离驱动功能框图
2）
隔离方案先容
1）为什么须要隔离？
在一个高压功率系统中，常日存在高压与高压之间的隔离，高压与低压之间的隔离。那为什么须要隔离驱动？一是为了避免高压电对人体产生侵害，通过隔离以知足安全标准。第二是保护掌握系统，免受雷击、高压瞬变等造成的毁坏。第三肃清接地环路，减小高压侧对低压侧滋扰。第四实现电压或电流的变革及能量的通报。
2）常见的隔离方案先容
目前有三种常用的隔离方案，第一种光耦隔离。通过发光二极管和光电晶体管实现旗子暗记传输。优点是本钱低。缺陷是抗共模滋扰能力弱，温度范围受限，利用寿命短。第二种隔离方案是磁隔离方案，芯片内部集成微型变压器和电子电路，从而实现旗子暗记传输。磁隔离芯片的优点是，寿命长，利用温度范围宽，CMTI能力强，其缺陷是工艺繁芜，本钱高，EMI问题突出。第三种隔离方案是电容隔离，通过隔离电容和电子电路实现旗子暗记传输。常日采取二氧化硅作为绝缘材料。容隔的优点是本钱低，隔离寿命长，运用的温度范围宽，CMTI能力强。纳芯微采取电容的隔离方案。
3）纳芯微隔离方案先容
纳芯微的隔离驱动常日具有两个Die, 分别为用于输入真个原边Die和输出侧的副边Die。Die与Die中间存在物理隔离。Die上采取了2个隔离电容串联，从而实现双重绝缘功能。如果个中一颗Die涌现了EOS失落效，该驱动芯片仍旧能够坚持基本绝缘。两个隔离电容的顶基板和底基板之间采取SiO2作为绝缘材料，具有材料性能稳定，芯片同等性好，隔离寿命长等优点。两个隔离电容的顶基板通过金属线先相连，用于实现旗子暗记传输。纳芯微的隔离驱动能够实现12kV的浪涌电压，和8kV瞬态绝缘电压测试，远超高压系统的绝缘哀求。
图五：纳芯微双电容隔离方案
Die与Die之间的通信采取了差分OOK调制方案，通信稳定可靠。输入旗子暗记通过高频调制后经由隔离电容从原边Die传输到高压侧Die，个中调制频率在百兆赫兹以上。在差分旗子暗记的输入端增加了专有CMTI模块电路，从而使芯片的CMTI能力更强，能达到150V/ns，对付高dv/dt的功率系统，芯片仍旧稳定事情，不会涌现发波非常。
图六：差分OOK旗子暗记调制
