数字隔离器栅极驱动器

现在，我们来看看把数字隔离器用在隔离式半桥栅极驱动器中的情况。图4中的数字隔离器使用标准CMOS集成电路工艺，以金属层形成变压器线圈，并以聚酰亚胺绝缘材料来分离线圈。这种组合可以实现5 kV rms以上（1分钟额定值）的隔离能力，可用于鲁棒型隔离电源和逆变器应用。

　　         图4. 采用变压器隔离的数字隔离器

如图5所示，数字隔离器消除了光耦合器中使用的LED以及与之相关的老化问题，而且功耗更低、可靠性更高。输入与输出以及输出与输出之间提供电流隔离（虚线），以消除高端-低端的交互作用。输出驱动器通过低输出阻抗降低导通损耗，同时通过快速开关时间降低开关损耗。

           图5. 采用数字隔离的4 A栅极驱动器

与光耦合器设计不同，高端和低端数字隔离器以单个集成电路为基础制造而成，其输出天生匹配，具有更高的效率。请注意，图1所示高压栅极驱动器集成电路会增加电平转换电路中的传播延迟，因而不能像数字隔离器一样实现通道间时序特性的匹配。另外，在单个IC封装中同时集成栅极驱动器和隔离机制可以最大限度地减小解决方案的尺寸。

共模瞬变抗扰度

在针对高压电源的许多半桥栅极驱动器应用中，开关元件中可能发生极快的瞬变。在这些应用中，在隔离栅上发生容性耦合的、快速变化的瞬态电压（高dV/dt）可能在隔离栅上造成逻辑瞬变错误。在隔离式半桥驱动器应用中，这种情况可能在交叉传导过程中同时打开两个开关，因而可能损坏开关。隔离栅上的任何寄生电容都可能成为共模瞬变的耦合路径。

光耦合器需要以敏感度极高的接收器来检测隔离栅上传递的少量光，而且较大的共模瞬变可能扰乱其输出。可以在LED与接收器之间添加一个屏蔽，从而降低光耦合器对共模瞬变电压的敏感度，这种技术被运用在多数光耦合器栅极驱动器中。该屏蔽可以提高共模瞬变抗扰度（CMTI），从标准光耦合器不到10 kV/μs的额定值提升至光耦合器栅极驱动器的25 kV/μs.虽然该额定值对许多栅极驱动器应用都是合适的，但是对于瞬变电压较大的电源以及太阳能逆变器应用来说，可能需要CMTI达到50 kV/μs或以上。

数字隔离器可以向其接收器提供更高的信号电平，并能承受极高的共模瞬变而不会导致数据错误。作为四端差分器件，基于变压器的隔离器可向信号提供低差分阻抗，向噪声提供高共模阻抗，从而实现出色的CMTI性能。另一方面，利用容性耦合形成不断变化的电场并在隔离栅上传输数据的数字隔离器是双端器件，因而噪声和信号共用一个传输路径。对于双端器件，信号频率需要远高于预期的噪声频率，以便隔离栅电容对信号提供低阻抗，而对噪声提供高阻抗。当共模噪声电平大到足以淹没信号时，则可能扰乱隔离器输出端的数据。图6所示为基于电容的隔离器中发生数据扰乱示例，其中，输出信号（通道4,绿线）在仅10 kV/μs的共模瞬变过程中下降了6 ns,造成毛刺。

　　图6. 基于电容的数字隔离器（CMTI <10 kV/μs）

图中数据是在基于电容的隔离器瞬变的扰乱阈值下采集的；如果瞬变要大得多，结果可能使扰乱持续更长时间，从而使MOSFET开关变得不稳定。相比之下，基于变压器的数字隔离器能够承受超过100 kV/μs的共模瞬变，而输出端不会出现数据扰乱问题（图7）。