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可調電壓隔離柵極驅動(dòng)器適用于硅和 WBG 功率器件
可調電壓隔離柵極驅動(dòng)器適用于硅和 WBG 功率器件
盡管 MOSFET、IGBT 和 SiC 晶體管經(jīng)常用于涉及高功率和高電壓的應用，但它們的柵極由低得多的電壓驅動(dòng)。例如，典型 MOSFET 的最大柵極電壓通常在 5 到 10V 之間，而 IGBT 需要 10 到 12V，而 SiC 器件的最大柵極電壓通常為 18 到 22V。除了不同的柵極輸入電壓范圍外，所有這些器件都要求其高壓和低壓電路路徑必須與地隔離，以防止可能對產(chǎn)品及其用戶(hù)造成危險的不需要的雜散電流。本設計理念中介紹的通用可調電壓隔離柵極驅動(dòng)器 (UVIGD) 旨在滿(mǎn)足這些要求（圖 1）。
圖 1該電路支持兩種不同的電源電壓，每種電壓都有自己獨立的接地。
圖 1 中所示的電路支持兩種不同的電源電壓（12 和 24V），每個(gè)電壓都有自己獨立的接地。光電耦合器 (PC 187) 在驅動(dòng)電路的低壓和高壓部分之間提供隔離。輸入驅動(dòng)信號由 LM324 運算放大器（在原理圖的左下部分）緩沖，然后被饋送到光耦合器，該光耦合器為 L298 雙全橋驅動(dòng)器供電。
L298 可以使用高達 42V 的電源電壓來(lái)驅動(dòng)電感和電容負載，例如繼電器、螺線(xiàn)管、直流和步進(jìn)電機以及壓電設備。在此設計中，該器件的寬電源電壓范圍使其可用作通用隔離式柵極電壓驅動(dòng)器，以驅動(dòng) MOSFET、IGBT 和 SiC 晶體管。
LM317 由可變電阻器 V R1 控制，為 LM298 驅動(dòng)器提供可變電源電壓，允許調整其輸出信號幅度以滿(mǎn)足 MOSFET、IGBT 和 SiC 晶體管的不同輸入范圍。為了正常工作，L298 的輸入信號 (V IN1 ) 和輸出信號 (V OUT1 )之間必須有 2.5V 或更大的電壓差。該差分是使用串聯(lián)連接的二極管 D1-D4 (1N4007) 上的壓降產(chǎn)生的。二極管堆棧確保 V R1的電阻接近零 Ω，LM317 的輸出為 5V。相反，當 V R1設置為其最大值 (2157 Ω) 時(shí)，LM317 的輸出上升至 22V。
該電路的性能是使用圖 2中所示的測試設置來(lái)評估的。測試使用高壓開(kāi)關(guān)模塊（HTS 901-10-L02）作為實(shí)驗負載。圖 3顯示了在實(shí)驗過(guò)程中進(jìn)行的典型測量。
圖 2此測試設置用于評估電路的性能。
圖 3這些軌跡顯示了圖 2 中電路的實(shí)驗結果。
使用 20 kHz 驅動(dòng)頻率和 40 kV 電源電壓進(jìn)行測試。標記為“A”的跡線(xiàn)代表圖 2 中的 A 點(diǎn)，即低壓側的輸入信號 (5V)。標記為“B”的跡線(xiàn)顯示了通用隔離式可調柵極電壓驅動(dòng)器的輸出信號 (8V) 脈沖（在圖 2 中圖的“B”點(diǎn)測得的電壓）。跡線(xiàn) C 顯示了高壓開(kāi)關(guān)輸出產(chǎn)生的 40 kV 下降波形。