开关电源中大功率器件驱动电路的设计是电源领域的关键技能之一。绝缘栅功率器件（包括电力MOSFET和IGBT绝缘栅双极性大功率管等）属于电压驱动型器件，哀求一定的电压来驱动。电力MOSFET的栅源极之间和IGBT栅射极之间都有数千皮法旁边的极间电容，因而在高频率的交替开通和关断时须要一定的动态驱动功率。
小功率VMOS管的Cgs一样平常在10-100pF之内，对付大功率的绝缘栅功率器件，由于栅极电容Cgs较大，在1-100nF，乃至更大，因而须要较大的动态驱动功率。其余，由于漏极到栅极的密勒电容Cdg，栅极驱动功率是必须的。
光电耦合器的优点是体积小，存在的问题是：光电耦合器的相应速率相对MOSFET、IGBT等开关速率太低，其余光电耦合器的输出级须要隔离的赞助电源供电，并且性能也会逐渐变差。
目前市售的光电耦合型驱动器产品很多，但此类产品，由于光电耦合器的速率限定，一样平常事情频率都在50KHz以下。它们的优点是，大部分都具有过流保护功能，其过电流旗子暗记是从IGBT的管压降中取得的；共同的缺陷是须要一个或两个独立的赞助电源，因而利用较为麻烦。
由于本钱问题，该类产品价格稍高，因此只适用于在大功率电源中驱动IGBT模块，在中小功率领域难以推广利用。
2 脉冲变压器驱动用脉冲变压器隔离驱动绝缘栅功率器件有三种方法：无源、有源和自给电源驱动。
无源方法便是用变压器次级的输出直接驱动绝缘栅器件，这种方法很大略，也不须要单独的驱动电源，但由于绝缘栅功率器件的栅源电容Cgs一样平常较大，因而栅源间的波形Vgs将有明显变形，除非将低级的输入旗子暗记改为具有一定功率的大旗子暗记，相应脉冲变压器也应取较大体积。另一个缺陷是当占空比变革较大时，输出驱动脉冲的正负幅值变革太大，可能导致不正常的事情，因此只适用于占空比变革不大的场合。
有源方法中的变压器只供应隔离的旗子暗记，在次级另有整形放大电路来驱动绝缘栅功率器件，当然驱动波形好，但是须要其余供应隔离的赞助电源供给放大器。而赞助电源如果处理不当，可能会引进寄生的滋扰。
自给电源方法的已有技能是对PWM驱动旗子暗记进行高频(几个MHz以上)调制，该旗子暗记加在隔离脉冲变压器的低级，在次级通过直接整流得到自给电源，而原PWM调制旗子暗记则需经由解调取得，显然，这种方法并不大略，价格当然也较高。调制式的另一缺陷是PWM的解调要增加旗子暗记的延时。调制办法只适用于通报较低频率的PWM旗子暗记。
3 无磁芯变压器驱动3.1 无磁芯变压器技能
无磁芯变压器技能集中了光电耦合器，离散变压器和集成电平位移的优点，同时避免了它们缺陷。更详细地来说便是具有更高的隔离能力，没有老化，稳定的可靠性，管壳尺寸小，与其它逻辑功能更好的集成，以及更高的效率。无磁芯变压器（CLT）的基本事理便是在半导体之内植入眇小变压器，供应电隔离和输入与输出之间的旗子暗记传输，如图1所示。离散变压器须要磁芯产生磁通量，绕组在IC内可以放置的足够紧密来保护磁芯。
图1 无磁芯变压器事理
由于绕组的设计和大小，耦合能力可能减小到很低，在输入和输出之间的总容量由框架的大小掌握。一个好的绕组设计可使它不受外界磁场的影响。根据EN50178，为担保事情电压达到890V运用的安全隔离，绕组之间的隔离须要能承受6kV的电压。
氧化硅是IC中常用的隔离材料，但只要用适当的生产技能即可做到足够的厚度。可以采取具有较强集成逻辑能力的技能来支持无磁芯变压器的运用。当变压器传送脉冲旗子暗记，还须要吸收电路。吸收电路也可以像绕组一样很随意马虎的集成在同一个芯片内。吸收电路连接在次级绕组上，浸染是把变压器发出的旗子暗记解码。这些旗子暗记由位于不同芯片上的勉励电路产生。勉励电路由两根导线连接到变压器的低级绕组上。
3.2 旗子暗记传输
在无磁芯变压器的旗子暗记传输中，高效率的旗子暗记传输协议也是很主要的。脉冲变压器常日哀求快速和稳定通信的旗子暗记协议。无磁芯变压器初次级绕组的脉冲延迟需少于10ns。建立较好的基本速率，特殊是延迟不会随韶光或温度的变革而降级。由于绕组产生磁场并且瞬间达到50kV/μs，因此不会对传输产生影响。
为了不产生风险，利用串联模式能很随意马虎实现吸收电路的共模抑制滤波。类似地智能缺点检测也可集成在勉励电路内，在检测到缺点的情形下能纠正旗子暗记。带有编码，解码和滤波的无磁芯变压器的总延迟韶光大约为50ns (如图2所示)。
图2 无磁芯变压器模型的测试曲线
由于无磁芯变压器技能的转换率高达100兆赫，因此不仅适用栅极驱动，而且还可以作为基本技能运用在哀求(安全)绝缘隔离和高数据速率的各种各样的产品中。
4 运用实例eupec GmbH 开拓了IGBT栅极驱动的新系列，称为EICE 驱动器。2ED020I12-F是第一款基于无磁芯变压器的IGBT栅极驱动芯片，其可方便、可靠的运用到中等功率的运用处所中。在驱动器2ED020I12-F的内部成功的集成了无磁芯变压器技能，驱动器的内部构造图如图3所示。
图3 2ED020I12-F的内部构造图
由于无磁芯变压器的存在，可轻松的实现旗子暗记在低边和高边驱动之间的安全隔离传输。被传送的旗子暗记，由发射机编码和由吸收器解码。这种方法可以抑制由GNDH(dVGNDH/dt) 或磁通密度(dH/dt)的变异产生的EMI。为补偿发射机、无磁芯变压器和吸收器额外的传输延迟，低边驱动器引进了传输延迟来确保最大差异于脉冲延迟韶光10 ns。
2ED020I12-F的紧张特点是：（1）全负载电压可达1200VDC；（2）门极驱动电压范围从+13V到+18V；（3）门极驱动电流+1A/-2A。其余，低边驱动和输入连同一个通用的比较器和一个通用的运算放大器一起集成在同一个芯片里，标准逻辑功能如高低边的欠压锁定也在芯片里。
5 结论开关电源中功率管的驱动对全体电源电路的正常事情具有主要的浸染，因此驱动电路的设计对设计者来说是至关主要的。目前市情上的隔离驱动器大多数都是运用于大功率的驱动场合，中小功率的驱动器还很少。无磁芯变压器技能的运用将办理这一问题，由于其大略而可靠的集成办法，可以在宽范围的中低等功率运用中供应更方便的运用。
（摘编自《电气技能》，原文标题为“基于无磁芯变压器的IGBT/MOSFET隔离驱动技能”，作者为闫晓金、宁武。）
