用于GaN功率器件的栅极驱动光耦

电气传动2022年第52卷第5期摘要：针对GaN 功率器件在应用的过程中可能出现误导通、电压尖峰与振铃、过电压、过电流等问题，通过简要分析GaN 功率器件驱动回路、过电压、过电流故障问题出现原因，设计一种GaN 功率器件独立拉灌输出、过电流分级保护栅极驱动电路。

当GaN 功率器件出现额定电流两倍以内的过电流现象时，可实现GaN 功率器件快速关断；当GaN 功率器件出现额定电流两倍以上过电流现象时，可实现GaN 功率器件缓慢关断，对GaN 开关器件电流故障做出动作保护。

利用LT-spice 仿真软件和实验平台的搭建，验证设计的合理性。

关键词：GaN 功率器件；栅极驱动；振铃；过电流保护中图分类号：TM 23文献标识码：ADOI ：10.19457/j.1001-2095.dqcd22367Optimal Design of Gallium Nitride Power Device Driving CircuitZHANG Xin ，PAN Sanbo（School of Electric Power Engineering ，Shanghai Dianji University ，Shanghai 201306，China ）Abstract:Gallium nitride （GaN ）power devices in the process of application may appear misdirection ，voltage peak and ringing ，overvoltage ，overcurrent problems.According to briefly analyze the dynamic characteristics of GaN power devices and the causes of fault problems ，an independent pull irrigation output and overcurrent classification protection gate driver of GaN power device was designed .When the over-current phenomenon within two times of the switch tube occurs ，the switch tube can be quickly turned off.When the over-current phenomenon of the switch tube occurs more than twice ，the switch tube can be slowly turned off to protect the device.The rationality of the design was verified by LT-spice simulation software and the establishment of experimental platform.Key words:GaN power device ；gate driver ；ringing ；overcurrent classification protection一种GaN 功率器件驱动电路优化设计张欣，潘三博（上海电机学院电气学院，上海201306）基金项目：国家自然科学基金（61973209）作者简介：张欣（1995—），女，硕士研究生，Email ：通讯作者：潘三博（1974—），男，博士，研究生导师，Email ：GaN 功率器件在实际应用中，由于其自身特性，令变换器具有更高的开关频率、更快的开关速度、更大的功率密度、更低的功率损耗和更小的体积。

驱动光耦原理概述说明以及解释1. 引言1.1 概述驱动光耦是一种常用的电路元件，用于隔离不同电路之间的信号传输。

它可以将输入信号转化为光信号，并通过光轴传输到另一个电路中，实现输入和输出之间的隔离。

驱动光耦具有高速响应、低干扰、高耐压等特点，被广泛应用于工业自动化控制、通信设备、医疗器械等领域。

1.2 文章结构本文将从驱动光耦的基本原理开始介绍，包括光耦的概念和工作原理，并给出一些典型的应用场景。

接下来，我们将详细讨论驱动光耦的具体要点，包括输入和输出端口配置、工作电流与功率要求以及光电耦合效率的优化方法。

随后，我们将探讨驱动光耦在实际应用中所面临的挑战，如噪声抑制与信号传输质量优化、温度影响与热管理策略以及可靠性和寿命考虑因素。

最后，我们对驱动光耦原理及其应用前景进行总结，并展望未来的发展趋势，提出相应的建议。

1.3 目的本文旨在全面介绍驱动光耦的原理及其应用，在读者对于驱动光耦了解较少或需要深入了解该领域的背景知识时提供参考。

通过本文，读者将能够理解驱动光耦的基本原理、应用场景以及实际应用中所面临的挑战，并对未来发展趋势有一定的了解。

此外，本文还将提供一些有关驱动光耦配置和优化方法的实际案例和指导，以帮助读者更好地应用驱动光耦到实际工程中。

2. 驱动光耦原理:2.1 光耦的概念光耦是一种电子元器件，常用于隔离和传输电路中的信号。

它由一个发光二极管（LED）和一个光敏晶体管（PD）组成。

LED将输入电信号转化为光信号并通过空气将其传输给PD，PD再将接收到的光信号转化为输出电信号。

2.2 光耦的工作原理光耦利用半导体材料特性来实现信号隔离。

当输入电压施加在LED上时，它发出一定频率的光波。

这些光波经过媒介（通常是空气或者其他透明材料），被PD接收并产生相应的电荷，在外部电路中生成输出电压或电流。

2.3 典型应用场景驱动光耦广泛应用于以下领域：- 用于隔离高压与低压部分，保证安全性。

- 在控制系统中，实现数字信号与模拟信号之间的转换。

栅极驱动光耦
栅极驱动光耦是一种重要的光电元件，其在电子产品中的应用越来越广泛。

它具有高耐压、高速度、低功耗、高效率、可靠性高、小体积、低成本等优点，是实现电子产品精致化、高效化、稳定性可靠性的关键要素。

栅极驱动光耦是一种由栅极激光源、光耦和电路控制的光电元件，可以实现精确的控制，和高速率的数据传输。

它将输入电源的脉冲信号分成一系列的短信号，和相应的控制电路中的多个参数，然后使用光耦将其转换为可控制的脉冲信号，进而转换为可用于控制的信号。

栅极驱动光耦具有高耐压、高速度、低功耗、高效率、可靠性高、小体积、低成本等优点，是实现家庭、汽车电子产品精致化、高效化、稳定性可靠性的关键要素。

家庭场景中，它可以实现智能家居自动控制，如智能空调、洗衣机、彩电等，在加强安全保护的同时提供用户舒适的体验。

汽车电子产品的应用范围包括节能智能变速箱系统、车辆安全系统、燃料注入系统、动力控制系统等，栅极驱动光耦精确的控制可以显著提高汽车的性能和安全性。

栅极驱动光耦的发展历程也十分可观。

随着半导体技术的发展，栅极驱动光耦的器件已经由早期的晶体管型变成了现在的最新IC型，其结构尺寸已经从原来的数十厘米缩小到数毫米，使其更加节省空间和能耗，更适合电子产品的应用；另外，栅极驱动光耦的功率转换效率也得到了提高，它的工作电压也得到了降低，更加环
保；同时，其走线尺寸也已经从原来的毫米级缩小到微米级，使其可靠性得到了更大的提高。

总之，栅极驱动光耦发展至今已经取得了巨大的进步，可以很好地满足电子产品的性能及结构要求，而且仍在不断发展之中，未来可期。

隔离式栅极驱动芯片隔离式栅极驱动芯片是一种应用于电力电子设备中的驱动器件，用于驱动功率器件如MOSFET或IGBT。

与传统的非隔离式驱动器件相比，隔离式栅极驱动芯片具有高密度、高效率、高可靠性和高耐压等优点。

本文将从原理、特点、应用和发展趋势等方面对隔离式栅极驱动芯片进行详细介绍。

一、原理隔离式栅极驱动芯片采用了光耦隔离技术，将输入信号与输出信号电气隔离开来，以确保传输过程中的信号传递的准确性和可靠性。

其主要原理是通过内置的光电耦合器件将输入信号转换为光信号，再通过光电耦合器输出端的光电转换器将光信号转换为电信号，从而实现输入信号的传输与输出。

二、特点1.高密度：隔离式栅极驱动芯片具有集成度高的特点，可以集成多个通道的驱动电路，减少了系统中的器件数量和占用空间。

2.高效率：采用了光电转换技术，光电耦合器件可以实现快速的信号转换，提高了信号传输的速度和效率。

3.高可靠性：隔离式栅极驱动芯片的输入信号与输出信号之间存在电气隔离，可以有效地防止由于电气噪声、干扰等因素引起的信号失真和传递错误。

4.高耐压：隔离式栅极驱动芯片内部采用了高耐压的材料和结构，可以在高电压环境下正常工作，保证了系统的稳定性和安全性。

三、应用隔离式栅极驱动芯片广泛应用于电力电子领域，特别是用于工业控制系统、电源供应系统、电动汽车、太阳能和风能发电等领域。

其主要作用是提供可靠的信号驱动，将输入信号转换为适合功率器件工作的信号，并通过驱动器件控制功率器件的开关状态，实现对电路的控制和保护。

四、发展趋势随着电力电子技术的不断进步和电子设备的发展，对隔离式栅极驱动芯片的需求也越来越高。

目前，隔离式栅极驱动芯片正在向集成度更高、功耗更低、速度更快、包装更小等方向发展。

同时，隔离式栅极驱动芯片的可靠性和耐压性能也在不断提高，以满足更为严格的工业和汽车电子应用需求。

总结起来，隔离式栅极驱动芯片是一种应用于电力电子设备中的驱动器件，通过光耦隔离技术实现输入信号与输出信号的电气隔离。

光耦隔离式栅极驱动芯片的研究与设计一、背景随着电子技术的发展，栅极驱动芯片在各类电子设备中发挥着越来越重要的作用。

传统的栅极驱动芯片通常采用分立元件和电感电容等组成，存在着易受干扰、响应速度慢等问题。

因此，研究和设计一种光耦隔离式栅极驱动芯片具有重要意义。

二、设计思路光耦隔离式栅极驱动芯片主要由光耦隔离器件、功率MOS管、保护电路和接口电路等组成。

其主要设计思路如下：1. 光耦隔离器件：采用光耦隔离器件实现输入信号与输出信号的电气隔离，提高系统的安全性与可靠性。

2. 功率MOS管：采用功率MOS管作为驱动芯片的输出级，具有响应速度快、驱动能力强等特点。

3. 保护电路：为防止芯片在异常工作状态下损坏，需要设置过流保护、过压保护等保护电路。

4. 接口电路：设计简单易用的接口电路，方便与其他电子设备的连接。

三、关键技术难点与解决方案1. 响应速度：由于光耦隔离器件存在响应时间，因此需要优化电路设计，降低其对系统响应速度的影响。

可以通过采用高速光耦器件、优化驱动MOS管的参数等方法实现。

2. 电磁干扰：光耦隔离器件对电磁干扰较为敏感，需要采取措施抑制干扰，如优化电路布局、使用磁珠等元件等。

3. 驱动能力：光耦隔离器件的驱动能力有限，需要选择合适的功率MOS管，并优化驱动电路，以满足不同应用场景的需求。

四、实验验证与优化在完成芯片设计后，需要进行实验验证和优化。

实验中，通过调整参数、优化电路布局等方法，提高芯片的性能和稳定性。

实验结果表明，该光耦隔离式栅极驱动芯片具有响应速度快、驱动能力强、安全可靠等特点，适用于各类电子设备中。

五、总结本文研究了光耦隔离式栅极驱动芯片的设计与实现方法，通过合理选择关键器件、优化电路设计等方法，成功设计了一种性能优良的光耦隔离式栅极驱动芯片。

实验验证表明，该芯片具有响应速度快、驱动能力强、安全可靠等特点，具有良好的应用前景和市场潜力。

后续工作将进一步优化该芯片的性能，降低成本，提高市场竞争力。

电气传动2024年第54卷第1期ELECTRIC DRIVE 2024Vol.54No.1摘要：在当今减碳排放背景下，全控型功率器件IGBT 以优异的性能广泛用于各种变流器中，有效可靠的驱动电路对IGBT 的安全工作至关重要，特别是大功率应用场合。

针对大功率IGBT 应用中对驱动电路灵活可靠的要求，设计了一种基于智能集成光耦驱动器ACPL -332J 的IGBT 驱动保护电路，分析了ACPL -332J 的各项参数，并以ACPL -332J 为核心设计了驱动电路。

以英飞凌FF600R12ME4为应用IGBT ，通过双脉冲试验、短路试验验证了设计电路驱动及保护的有效性。

关键词：智能集成光耦驱动器ACPL -332J ；光耦驱动器；驱动保护电路；灵活可靠中图分类号：TM46文献标识码：ADOI ：10.19457/j.1001-2095.dqcd25239A Design of Flexible and Reliable IGBT Driver CircuitHAN Song 1，2，YU Zhiqiang 1，2，WANG Mingyue 1，2，YU Hongze 1，2，JIA Pengfei 1，2（1.Tianjin Research Institute of Electric Science Co.，Ltd.，Tianjin 300180，China ；2.National Engineering Research Center for Electrical Transmission ，Tianjin 300180，China ）Abstract:Under the background of carbon emission reduction ，fully controlled power device IGBT is widely used in various of converters with its excellent performance ，effective and reliable drive circuit is crucial to the safe operation of IGBT ，especially for high-power applications.Aiming at the requirement of flexible and reliable of IGBT drive circuit in high-power applications ，an IGBT drive and protection circuit based on intelligent integrated optocoupler driver ACPL-332J was designed ，the parameters of ACPL-332J were analyzed ，and the driving circuit was designed with ACPL-332J as the core.With Infineon FF600R12ME4as the application IGBT ，the effectiveness of the designed drive and protect circuit was verified by double pulse test and short circuit test.Key words:intelligent integrated optocoupler driver ACPL-332J ；optocoupler driver ；drive and protect circuit ；flexible and reliable基金项目：天津电气科学研究院有限公司科研基金（YF2023ZL009）作者简介：韩松（1988—），男，硕士研究生，工程师，Email ：一种灵活可靠的IGBT 驱动电路设计韩松1，2，于志强1，2，王明玥1，2，于洪泽1，2，贾鹏飞1，2（1.天津电气科学研究院有限公司，天津300180；2.电气传动国家工程研究中心，天津300180）在节能减排的时代背景下，随着绝缘栅双极型晶体管（IGBT ）的制造和应用技术日趋成熟，IGBT 以易于驱动、耐受电应力、热应力高的特点，被广泛应用于中高功率、中低频率变流器中[1]。

氮化镓功率晶体管器件电路与应用
氮化镓功率晶体管（GaN）器件是一种新型的半导体器件，具有
高频、高功率和高温特性，被广泛应用于通信、雷达、电源、医疗
设备等领域。

本文将介绍氮化镓功率晶体管器件的电路结构和应用。

氮化镓功率晶体管器件的电路结构通常包括源极、漏极和栅极。

它具有较高的电子迁移率和较高的饱和漂移速度，使得器件在高频
率下具有较低的损耗和较高的工作效率。

此外，氮化镓功率晶体管
还具有较高的击穿电压和较高的工作温度，能够在恶劣环境下稳定
工作。

在通信领域，氮化镓功率晶体管器件被广泛应用于基站、卫星
通信和雷达系统中。

由于其高频率特性和高功率输出，能够提高通
信系统的传输效率和覆盖范围。

在电源领域，氮化镓功率晶体管器
件也被应用于直流-直流转换器、电动汽车充电器和太阳能逆变器中，能够提高能源转换效率和减小体积。

此外，氮化镓功率晶体管器件还被应用于医疗设备、航空航天、军事和工业控制等领域。

其高温特性和高可靠性使得器件能够在恶
劣环境下稳定工作，满足各种特殊应用的需求。

总之，氮化镓功率晶体管器件具有优异的性能特点，被广泛应用于通信、电源、医疗设备等领域。

随着技术的不断进步，相信氮化镓功率晶体管器件将在更多领域展现出其巨大的应用潜力。

Telecom Power Technology设计应用技术 2023年４月25日第40卷第８期·　４９　·Telecom Power TechnologyＡｐｒ．　２５，　２０２３，　Ｖｏｌ．４０　Ｎｏ．８　高　莹：GaN 与Si 器件 在DC/DC 变换器中的性能分析云计算、人工智能、机器学习以及多用户游戏等先进计算应用对功率转换器的要求日益增高，而硅基功率转换器不能满足日益增长的功率需求。

因此，面向 48 V 功率转换应用，氮化镓器件也可提高其效率、缩小尺寸并降低系统成本。

未来，随着GaN 功率器件的技术不断突破，氮化镓功率电子器件的市场将由以下5大应用牵引：目前渗透率较大的（小型）电源设备、无线电源、渗透率中等的数据存储中心、未来有较大市场可能的新能源汽车以及（汽车）激光雷达等[2]。

2　DC/DC 变换器实验设计与验证2.1　拓扑选择与损耗分析实验基于LLC 电路作为DC/DC 变换器的主功率电路（如图1所示），并且与对比实验使用完全相同的控制器件与相关回路。

图1中，Q 1～Q 4为全桥LLC 电路的原边功率管，SR 1～SR 4为副边整流功率管，L r 、C r 为谐振器件[3]。

SR 3SR 4U OSR 1SR 2L rL mn∶1∶1C rQ 2Q 3Q 1U inQ 4图1　LLC 电路拓扑的主电路假设变换器的工作状态相同，仅有功率器件不同，可以忽略其他部分的损耗差异，则变换器的损耗差异主要包括导通损耗与开关损耗。

下面对功率器件损耗进行定性分析。

（1）导通损耗。

Q 1～Q 4、SR 1～SR 4在导通期间，流经功率器件的电流包含直流负载电流和纹波电流2部分内容，则损耗为 P =(I L +I acrms )R dson D （1）式中：D 为变换器的占空比；I L 为电感电流；I acrms 为纹波电流。

（2）开关损耗。

原始应用Si-MOSFET 功率器件的LLC 谐振变换，当开关频率与谐振频率相等，电路工作在谐振频率点时，可以消除功率器件的反向恢复损耗，即原边开关管工作在零电压开关（Zero Voltage Switch ，ZVS ）模式，同时整流电路因为工作在断续条件而实现零电流模式。

几种用于IGBT驱动的集成芯片2. 1 TLP250 TOSHIBA公司生产在一般较低性能的三相电压源逆变器中, 各种与电流相关的性能控制, 通过检测直流母线上流入逆变桥的直流电流即可, 如变频器中的自动转矩补偿、转差率补偿等; 同时, 这一检测结果也可以用来完成对逆变单元中IGBT实现过流保护等功能; 因此在这种逆变器中, 对IGBT驱动电路的要求相对比较简单, 成本也比较低; 这种类型的驱动芯片主要有东芝公司生产的TLP250, 夏普公司生产的PC923等等; 这里主要针对TLP250做一介绍;TLP250包含一个GaAlAs光发射二极管和一个集成光探测器, 8脚双列封装结构; 适合于IGBT或电力MOSFET栅极驱动电路; 图2为TLP250的内部结构简图, 表1给出了其工作时的真值表;TLP250的典型特征如下：1 输入阈值电流IF ：5 mA 最大；2 电源电流ICC ：11 mA 最大；3 电源电压VCC ：10～35 V；4 输出电流IO ：± A 最小；5 开关时间tPLH /tPHL ：μ s 最大；6 隔离电压：2500 Vpms最小;表2给出了TLP250的开关特性,表3给出了TLP250的推荐工作条件;注：使用TLP250时应在管脚8和5间连接一个μ F的陶瓷电容来稳定高增益线性放大器的工作, 提供的旁路作用失效会损坏开关性能, 电容和光耦之间的引线长度不应超过 1 cm;图3和图4给出了TLP250的两种典型的应用电路;在图4中, TR1和TR2的选取与用于IGBT驱动的栅极电阻有直接的关系, 例如, 电源电压为24V时,TR1和TR2的Icmax≥ 24/Rg;图5给出了TLP250驱动IGBT时,1 200 V/200 A的IGBT上电流的实验波形50 A/10 μ s ; 可以看出, 由于TLP250不具备过流保护功能,当IGBT过流时, 通过控制信号关断IGBT, IGBT中电流的下降很陡, 且有一个反向的冲击; 这将会产生很大的di/dt和开关损耗, 而且对控制电路的过流保护功能要求很高;TLP250使用特点：1 TLP250输出电流较小, 对较大功率IGBT实施驱动时, 需要外加功率放大电路;2 由于流过IGBT的电流是通过其它电路检测来完成的, 而且仅仅检测流过IGBT的电流, 这就有可能对于IGBT的使用效率产生一定的影响, 比如IGBT在安全工作区时, 有时出现的提前保护等;3 要求控制电路和检测电路对于电流信号的响应要快, 一般由过电流发生到IGBT可靠关断应在10 μ s以内完成;4 当过电流发生时, TLP250得到控制器发出的关断信号, 对IGBT 的栅极施加一负电压, 使IGBT硬关断; 这种主电路的dv/dt比正常开关状态下大了许多, 造成了施加于IGBT两端的电压升高很多, 有时就可能造成IGBT的击穿;EXB8..Series FUJI ELECTRIC公司生产随着有些电气设备对三相逆变器输出性能要求的提高及逆变器本身的原因, 在现有的许多逆变器中, 把逆变单元IGBT的驱动与保护和主电路电流的检测分别由不同的电路来完成; 这种驱动方式既提高了逆变器的性能, 又提高了IGBT的工作效率, 使IGBT更好地在安全工作区工作; 这类芯片有富士公司的EXB8..Series、夏普公司的PC929等; 在这里, 我们主要针对EXB8..Series 做一介绍;EXB8..Series集成芯片是一种专用于IGBT的集驱动、保护等功能于一体的复合集成电路; 广泛用于逆变器和电机驱动用变频器、伺服电机驱动、UPS、感应加热和电焊设备等工业领域; 具有以下的特点：1 不同的系列标准系列可用于达到10 kHz开关频率工作的IGBT, 高速系列可用于达到40 kHz开关频率工作的IGBT ;2 内置的光耦可隔离高达2 500 V/min的电压;3 单电源的供电电压使其应用起来更为方便;4 内置的过流保护功能使得IGBT能够更加安全地工作;5 具有过流检测输出信号;6 单列直插式封装使得其具有高密度的安装方式;常用的EXB8..Series 主要有：标准系列的EXB850和EXB851, 高速系列的EXB840和EXB841; 其主要应用场合如表4所示;注： 1 标准系列：驱动电路中的信号延迟≤ 4 μ s2 高速系列：驱动电路中的信号延迟≤ μ s图6给出了EXB8..Series的功能方框图;表5给出了EXB8..Series的电气特性;表6给出了EXB8..Series工作时的推荐工作条件;表6 EXB8..Series工作时的推荐工作条件图7给出了EXB8..Series的典型应用电路;EXB8..Series使用不同的型号,可以达到驱动电流高达400 A,电压高达1200 V的各种型号的IGBT;由于驱动电路的信号延迟时间分为两种：标准型EXB850、EXB851≤ 4μs,高速型EXB840、EXB841 ≤ 1 μ s, 所以标准型的IC适用于频率高达10 kHz的开关操作, 而高速型的IC适用于频率高达40 kHz的开关操作;在应用电路的设计中, 应注意以下几个方面的问题：—— IGBT栅射极驱动电路接线必须小于1 m；—— IGBT栅射极驱动电路接线应为双绞线；——如想在IGB集电极产生大的电压尖脉冲,那么增加IGBT栅极串联电阻Rg 即可；——应用电路中的电容C1和C2取值相同, 对于EXB850和EXB840来说, 取值为33 μ F, 对于EXB851和EXB841来说, 取值为47 μ F; 该电容用来吸收由电源接线阻抗而引起的供电电压变化; 它不是电源滤波器电容;EXB8..Series的使用特点：1 EXB8..Series的驱动芯片是通过检测IGBT在导通过程中的饱和压降Uce来实施对IGBT的过电流保护的; 对于IGBT的过电流处理完全由驱动芯片自身完成, 对于电机驱动用的三相逆变器实现无跳闸控制有较大的帮助;2 EXB8..Series的驱动芯片对IGBT过电流保护的处理采用了软关断方式, 因此主电路的dv/dt比硬关断时小了许多, 这对IGBT的使用较为有利, 是值得重视的一个优点;3 EXB8..Series驱动芯片内集成了功率放大电路, 这在一定程度上提高了驱动电路的抗干扰能力;4 EXB8..Series的驱动芯片最大只能驱动1 200V /300 A的IGBT, 并且它本身并不提倡外加功率放大电路, 另外, 从图7中可以看出, 该类芯片为单电源供电, IGBT的关断负电压信号是由芯片内部产生的－5 V信号, 容易受到外部的干扰; 因此对于300 A以上的IGBT或者IGBT并联时, 就需要考虑别的驱动芯片, 比如三菱公司的M57962L 等;图8给出了EXB841驱动IGBT时, 过电流情况下的实验波形; 可以看出, 正如前面介绍过的, 由于EXB8..Series芯片内部具备过流保护功能, 当IGBT过流时, 采用了软关断方式关断IGBT, 所以IGBT中电流是一个较缓的斜坡下降, 这样一来, IGBT关断时的di/dt明显减少, 这在一定程度上减小了对控制电路的过流保护性能的要求;2. 3 M579..Series MITSUBISHI公司生产M579..Series是日本三菱公司为IGBT驱动提供的一种IC系列, 表7给出了这种系列的几种芯片的基本应用特性其中有者为芯片内部含有Booster电路;在M579..Series中, 以M57962L为例做出一般的解释; 随着逆变器功率的增大和结构的复杂, 驱动信号的抗干扰能力显得尤为重要, 比较有效的办法就是提高驱动信号关断IGBT时的负电压, M57962L 的负电源是外加的这点和EXB8..Series不同, 所以实现起来比较方便; 它的功能框图和图6所示的EXB8..Series功能框图极为类似, 在此不再赘述; 图9给出了M57962L在驱动大功率IGBT模块时的典型电路图; 在这种电路中, NPN和PNP构成的电压提升电路选用快速晶体管tf≤ 200 ns , 并且要有足够的电流增益以承载需要的电流;在使用M57962L驱动大功率IGBT模块时, 应注意以下三个方面的问题：1 驱动芯片的最大输出电流峰值受栅极电阻Rg的最小值限制, 例如, 对于M57962L来说, Rg的允许值在 5 Ω 左右, 这个值对于大功率的IGBT来说高了一些, 且当Rg较高时, 会引起IGBT的开关上升时间tdon、下降时间tdoff以及开关损耗的增大, 在较高开关频率 5 kHz以上应用时, 这些附加损耗是不可接受的;2 即便是这些附加损耗和较慢的开关时间可以被接受, 驱动电路的功耗也必须考虑, 当开关频率高到一定程度时高于14 kHz , 会引起驱动芯片过热;3 驱动电路缓慢的关断会使大功率IGBT模块的开关效率降低, 这是因为大功率IGBT模块的栅极寄生电容相对比较大, 而驱动电路的输出阻抗不够低; 还有, 驱动电路缓慢的关断还会使大功率IGBT模块需要较大的吸收电容;以上这三种限制可能会产生严重的后果, 但通过附加的Booster 电路都可以加以克服, 如图9所示;从图10 a 可以看出, 在IGBT过流信号输出以后, 门极电压会以一个缓慢的斜率下降; 图10 b 及图10 c 给出了IGBT短路时的软关断过程集电极－发射极之间的电压uCE和集电极电流iC的软关断波形0 引言随着电力电子技术朝着大功率、高频化、模块化发展,绝缘栅双极品体管IGBT已广泛应用于开关电源、变频器、电机控制以及要求快速、低损耗的领域中;IGBT是复合全控型电压驱动式电力电子器件,兼有MOSFET和GTR的优点：输入阻抗高,驱动功率小,通态压降小,工作频率高和动态响应快;目前,市场上500~3000V,800～l800A的IGBT,因其耐高压、功率大的特性,已成为大功率开关电源等电力电子装置的首选功率器件;1 驱动保护电路的原则由于是电压控制型器件,因此只要控制ICBT的栅极电压就可以使其开通或关断,并且开通时维持比较低的通态压降;研究表明,IGBT的安全工作区和开关特性随驱动电路的改变而变化;因此,为了保证IGBT可靠工作,驱动保护电路至关重要;IGBT驱动保护电路的原则如下;1动态驱动能力强,能为栅极提供具有陡峭前后沿的驱动脉冲；2开通时能提供合适的正向栅极电压12~15V,关断时可以提供足够的反向关断栅极电压一5V；3尽可能少的输入输出延迟时间,以提高工作效率；4足够高的输入输出电气隔离特性,使信号电路与栅极驱动电路绝缘；5出现短路、过流的情况下,具有灵敏的保护能力;目前,在实际应用中,普遍使用驱动与保护功能合为一体的IGBT专用的驱动模块;2 集成驱动模块为了解决IGBT的可靠驱动问题,世界上各厂家丌发出了众多的IGBT集成驱动模块;如日本富士公司的EXB系列,三菱电机公司的M57系列,三社电机公司的GH系列,美国国际整流器公司的TR系列,Unitrode公司的UC37系列以及国产的HL系列;以下是几种典型的集成驱动模块;EXB841模块的分析EX841高速驱动模块为15脚单列直插式结构,采用高隔离电压光耦合器作为信号隔离,内部结构图如图l所示,其工作频率可达40 kHz,可以驱动400 M600 V以内及300 A/l200 V的IGBT管,其隔离电压可达2500AC/min,工作电源为独立电源20±1V,内部含有一5V稳压电路,为ICBT的栅极提供+15V的驱动电压,关断时提供一5V的偏置电压,使其可靠关断;当脚15和脚14有10 mA电流通过时,脚3输出高电平而使IGBT在1μs内导通；而当脚15和脚14无电流通过时,脚3输出低电平使IGBT关断；若ICBT导通时因承受短路电流而退出饱和,Vce 迅速上升,脚6悬空,脚3电位在短路后约3．5μs后才开始软降;EXB841典型应用图如图2所示,电容C1、C2用于吸收高频噪音;当脚3输出脉冲的同时,通过快速二极管D1检测IGBT的C—E间的电压;当Vce>7V时,过流保护电流控制运算放大器,使其输出软关断信号,在10μs内将脚3输出电平降为O;因EXB841无过流自锁功能,所以外加过流保护电路,一旦产生过流,可通过外接光耦TLP521将过流保护信号输出,经过一定延时,以防止误动作和保证进行软关断,然后由触发器锁定,实现保护;缺点：EXB84l过流保护阀值过高,Vce>7V时动作,此时已远大于饱和压降；存在保护肓区；在实现止常关断时仅能提供一5V偏压,在开关频率较高、负载过大时,关断就显得不可靠；无过流保护自锁功能,在短路保护时其栅压的软关断过程被输入的关断信号所打断;2．2 M57962L模块的分析M57962AL是一种14脚单列直捕式结构的厚膜驱动模块,其内部结构图如图3所示;它由光耦合器、接口电路、检测电路、定时复位电路以及门关断电路组成,驱动功率大,町以驱动600A/600V及400A/l200V等系列IGBT模块;M5796AL具有高速的输入输出隔离,绝缘电压也可达到AC 2500V/min；输入电平与TTL电平兼容,适于单片机控制；内部有定时逻辑短路保护电路,同时具有延时保护特性；采用双电源供电方式,相对于EXB84l来说,虽然多使用一个电源．但IGBT可以更可靠地通断;典型应用图如图4所示;当驱动信号通过脚14和脚13时,经过高速光耦隔离,由M57962AL 内置接口电路传输至功率放大极,在M57962AL的脚5产生+15V开栅和一10V关栅电压,驱动IGBT通断;当脚1检测到电压为7V时,模块认定电路短路,立即通过光耦输出关断信号,使脚5输出低电平,从而将IGBT的G—E两端置于负向偏置,可靠关断;同时,输出误差信号使故障输出端脚8为低电平,从而驱动外接的保护电路工作;延时2～3s后,若检测到脚13为高电平,则M57962AL恢复工作;稳压管DZ1用于防止D1击穿而损坏M57962AL,Rg为限流电阻,DZ2和DZ3起限幅作用,以确保可靠通断;比较：与EXB841相比,M57962AL需要双电源+15V,一1OV供电,外周电路复杂;而正是因为M57962AL可输出一10V的偏压,使得IGBT可靠地关断；另外,M57962AL具有过流保护自动闭锁功能,并且软关断时间可外部调节,而EXB84l的软关断时间无法调节;所以M57962AL较EXB841更安全、可靠;HL402模块的分析HL402是17脚单列直插式结构,内置有静电屏蔽层的高速光耦合器实现信号隔离,抗干扰能力强,响应速度快,隔离电压高;它具有对IGBT进行降栅压、软关断双重保护功能,在软关断及降栅压的同时能输出报警信号,实现封锁脉冲或分断主回路的保护;它输出驱动电压幅值高,正向驱动电压可达15～17V,负向偏置电压可达10～12V,因而可用来直接驱动容量为400A/600V及300A/1200V以下的IGBT;HL402结构图如图5所示;图5中,VL1为带静电屏蔽的光耦合器,它用来实现与输入信号的隔离;由于它具有静电屏蔽,因而显著提高了HL402抗共模干扰的能力;图5中U1为脉冲放大器,S1、S2实现驱动脉冲功率放大,U2为降栅压比较器,正常情况下由于脚9输入的IGBT集电极电压VCE不高于U2的基准电压VREF,U2不翻转,S3不导通,故从脚17和脚16输入的驱动脉冲信号经S2整形后不被封锁;该驱动脉冲经S2、S2放大后提供给IGBT使其导通或关断,一旦IGBT退饱和,则脚9输入集电极电压给IGBT使其导通或关断,并且脚9输入的集电极电压采样信号VCE高于U2的基准电压VREF,比较器U2翻转输出高电平,使S3导通,由稳压管DZ2将驱动器输出的栅极电压VGE降低到10V;此时,软关断定时器U3在降栅压比较器U2翻转达到设定的时间后,输出正电压使S4导通,将栅极电压软关断降到IGBT的栅射极门限电压,给IGBT提供一个负的驱动电压,保证IGBT可靠关断;HL402典型应用图如图6所示;在实际电路中,C1、C2、C3、C4需尽可能地靠近H1402的脚2、脚l、脚4安装;为了避免高频耦合及电磁干扰,由HL402输出到被驱动IGBT栅射极的引线需要采用双绞线或同轴电缆屏蔽线,其引线长度不超过1m;脚9和脚13接至IGBT集电极的引线必须分开走,不得与栅极和发射极引线绞合,以免引起交叉干扰;光耦合器L1可输入脉冲封锁信号,当L1导通时,HLA02输出脉冲立即被封锁至-10V;光耦合器L2提供软关断报警信号,它在躯动器软关断的同时导通光耦合器L3,提供降栅压报警信号;使用中,通过调整电容器C5、C6、C7的值,可以将保护波形中的降栅压延迟时间、降栅压时间、软关断斜率时间调整至合适的值;在高频应用时,为了避免IGBT受到多次过电流冲击,可在光耦合器L2输出数次或1次报警信号后,将输入脚16和脚17间的信号封锁;小结：以上三者中,M57962AL和HL402都采用陶瓷基片黑色包装,EXB841采用覆铜板黄色包装,由于陶瓷基片的散热性能和频率特性比覆铜板好,HL402的负载能力和散热性能最好,加之合理的布局设计,在三者中的工作频率最高,保护功能最全,而EXB841和M57962AL都没有降栅压保护功能;另外,HL402和M57962AL提供负偏压的稳压管,放于外部,既有灵活性又提高了可靠性,而EXB841的稳压管在内部,经常因稳压管的损坏而失效;因此,HL402凭借其优越的性能可以弥补另外两者的缺陷;2．4 GH-039模块的分析GH-039采用单列直插式12脚封装,功耗低、工作中发热很小,可以高密度使用它采用单电源工作,内置高速光耦合器,带有软关断过流保护电路,过流保护除闭锁自身输出外,还给出供用户使用的同步输出端;它可以用来直接驱动300A/600V以下的IGBT模块;其内部结构图如图7所示,工作原理与EXB和M57系列模块相类似,这里不再赘述;而与EXB系列和M57系列的模块不同的是该模块已含有保护后发送报警或动作信号的光耦合器,所以使用中不需要像EXB和M57系列的模块外接光耦合器,因而更加方便,其性能比EXB和M57系列的模块在保护性能上更加优越；在可靠性方面,由于GH-039是单电源供电,不能提供负偏压,从而导致ICBT不能可靠地关断;与HL402相比,CH-039保护功能还不完善,它也同EXB841和M57962AL一样无降栅压保护;因此,GH-039驱动模块也是有缺陷的;GH-039典型接线图如图8所示;工作电源VCC为26V；为了保持电压稳定,滤波电容器应尽可能靠近GH一039模块安装和使用,且其电容值不能小于10μF,并应选用高质量的电容；串入GH-039脚12与ICBT集电极之间的二极管D1,应选超快速恢复二极管,并且要保证其反向耐压不低于ICBT的集电极与栅极之间的额定电压；为防止所连接的过流保护端子光电隔离器的误动作,应在D1与GH一039的脚12之间串入100Ω的电阻；接于脚lO与脚12之间的D2选用超快速恢复二极管,其反向耐压可以低于IGBT的集射极间耐压;2．5 其他驱动器1IR系列驱动器 IR系列驱动器主要是为驱动桥臂电路而设计的,该芯片具有14脚,DIP封装;它具有过流保护和欠压保护功能,特别是它具有自举浮动电源大大简化了驱动电源的设计,只用一路电源即可驱动多个功率器件;其缺点是本身不能产生负偏压,当用于驱动桥式电路时,由于米勒效应的作用,在开通与关断时刻,容易在栅极上产生干扰,造成桥臂短路；另外IR系列驱动器采用了不隔离的驱动方式,在主电路的功率器件损坏时,高压可能直接串入驱动器件,致使驱动模块及前极电路损坏;2UC37系列驱动器该系列驱动器一般由UC3726和UC3727两片芯片配对使用,其工作频率较高,但在两芯片之间需增加脉冲变压器,给电路的使用和设计带来不便,因此该系列驱动器在我同并未得到推广;3 结语通过以上分析比较,可得到如下结论;1以上6个系列的驱动器均能实现对IGBT的驱动与保护；2EXB84l外周电路简单,仅需单电源供电,是最早进入我国市场的ICBT驱动模块,技术成熟,应用广泛；3EXB841与M57962AL在IGBT关断期间均能在栅极上施加负电压,进一步保证了IGBT 的可靠关断；4EXB841、M57962AL、GH一039和HL402都是自身带有对IGBT进行退饱和及过流保护功能的ICBT驱动模块,且都是通过检测IGBT集射极间的电压来完成保护功能的;但EXB841、M57962AL、GH一039在ICBT出现退饱和或过流时,仅可进行软关断的保护;而HL402不但能进行软关断保护,还可进行降栅压保护;因此,HL402是四者中保护功能最强,保护功能设计最合理和保护性能使用最方便的IGBT驱动器；5驱动相同个数的IGBT功率开关时,IR系列所需工作电源最少,但不具有负偏压,容易造成桥臂短路,适用于小功率驱动场合;。

栅极驱动光耦
栅极驱动光耦是一种利用光耦合器来驱动MOSFET和IGBT的一种电路。

其主要原理是将普通电路中的桥式晶体管设备改造成一种完整的电路，并将其输出结果转换成光信号，再将光信号进行转换，最终作为栅极驱动电路驱动MOSFET和IGBT门极。

由于栅极驱动光耦能有效地隔离电路，因此它通常用于进行电气控制，如空调温度控制，可调整电压控制，智能电动汽车和其他运动控制等。

栅极驱动光耦的主要优点包括高分辨率、超低功耗、快速响应时间、可靠性高等。

栅极驱动光耦的结构主要由LED灯、电晕变压器、光敏电阻、栅极控制开关和桥式晶体管等组成，LED灯是输入电源给栅极控制开关，电晕变压器可以把输入压转换为低压电流，光敏电阻可以把LED灯输出的光转换成电流，栅极控制开关可以根据电流的大小来调整MOSFET 和IGBT的开关状态，最后，桥式晶体管可以把栅极的开关控制转化为实际的蜂鸣器控制。

此外，栅极驱动光耦还能够支持多种电压和电流，并且由于它具有较小的封装，具有较高的可靠性和抗干扰能力，因此比传统的桥式晶体管更有优势。

栅极驱动光耦可以通过外部控制设备，如电脑，来实现设备自动控制，从而提高了设备的使用效率。

总之，栅极驱动光耦具有多种优势，例如高分辨率、超低功耗、快速响应时间、可靠性高等，使它从传统的桥式晶体管中脱颖而出，是应用于智能电动汽车或其他运动控制系统的理想产品。

它能够减少
系统的设计复杂度，大大简化了系统的控制，并且能够满足各种复杂的工业应用。

多mos管串联栅极驱动电路方案咱来唠唠多MOS管串联时的栅极驱动电路方案哈。

一、电容自举方案。

1. 基本原理。

想象一下，这个方案就像是给MOS管搭了个小电梯。

咱们先有个电容，这个电容就像是个能量小仓库。

当下面的MOS管导通的时候呢，电源电压就会通过一个二极管给这个电容充电。

这个二极管就像个小门卫，只让电流往电容那边跑，不让它倒回来。

等电容充满电了，它就可以把储存的能量用来驱动串联的上一级MOS管的栅极啦。

就好像把能量从下往上传递，让上一级的MOS管也能开心地导通。

2. 电路元件选择。

电容的大小很关键哦。

如果电容太小，可能储存的能量不够，上一级MOS管的栅极电压就上不去，它就不能好好导通。

一般来说，得根据MOS管的栅极电容大小、开关频率这些来选。

比如说，如果MOS管的栅极电容比较大，那咱就得选个相对大一点的电容，就像要给一个大胃口的家伙准备足够的食物一样。

二极管也要挑好。

它得能承受住充电时的电流，而且正向导通压降要小。

要是正向导通压降太大，那充电效率就低了，就像水管中间有个小堵塞，水流就不畅快了。

二、隔离驱动方案。

1. 工作机制。

这个方案就像是给各个MOS管之间建了个隔音墙。

咱们用隔离器件，像光耦或者变压器。

光耦就像是个光的信使，它能把控制信号从一边传到另一边，而且两边电气上是隔离的。

比如说，咱们要控制串联的MOS管，就把控制信号通过光耦传到下一个MOS管的栅极驱动电路那里。

变压器呢，就像是个能量传递的小魔法盒，它能把电能从一个绕组传到另一个绕组，也能起到隔离的作用。

这样就可以避免各个MOS管之间互相干扰，就像大家住在各自隔音很好的房间里，互不打扰。

2. 设计要点。

对于光耦来说，它的速度和传输比要合适。

如果速度太慢，那MOS管的开关速度就会受影响，就像个慢吞吞的邮递员，信件总是不能及时送到。

传输比要是不合适，可能就不能很好地把控制信号传递过去，就像信使把话传错了一样。

用变压器的时候呢，要注意它的匝数比和磁芯的选择。

常用栅极驱动芯片常用栅极驱动芯片是一种用于驱动功率MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）的集成电路。

它们在各种应用中起着关键的作用，例如交流电源、电机驱动、电力电子等领域。

本文将介绍几种常见的栅极驱动芯片，并讨论它们的特点和应用。

1. IR2110IR2110是一种高性能MOSFET和IGBT驱动芯片。

它具有低功耗、高速驱动和可靠性高的特点。

IR2110的输出极性可调，并且具有低反馈电流特性，以提高系统的效率。

该芯片适用于高频应用，如电力电子和电机驱动。

2. IRS21844IRS21844是一种高电压、高速栅极驱动芯片。

它具有高达600V的驱动电压和2A的驱动能力，适用于高压应用。

IRS21844采用了高速低功耗的逻辑输入，能够实现快速的开关操作，适用于高频电源和电机控制系统。

3. TC4420TC4420是一种高性能MOSFET和IGBT驱动芯片。

它具有低功耗、高速驱动和高电流驱动能力。

TC4420的输入电压范围广，适用于各种逻辑电平驱动。

该芯片具有短路保护和过温保护功能，可以提高系统的可靠性。

TC4420广泛应用于电力电子、电机驱动和变频器等领域。

4. MAX4420MAX4420是一种高性能MOSFET和IGBT驱动芯片。

它具有低功耗、高速驱动和低电压逻辑输入的特点。

MAX4420的输出极性可调，适用于各种应用。

该芯片具有短路保护和过温保护功能，可以提高系统的可靠性。

MAX4420适用于低电压应用，如电池供电系统和便携式设备。

5. HIP4081AHIP4081A是一种高性能MOSFET和IGBT驱动芯片。

它具有低功耗、高速驱动和大电流驱动能力。

HIP4081A的输入电压范围广，适用于各种逻辑电平驱动。

该芯片具有过温保护和短路保护功能，可以提高系统的可靠性。

HIP4081A广泛应用于电力电子、电机驱动和电源管理等领域。

总结起来，常用栅极驱动芯片是一类关键的集成电路，用于驱动功率MOSFET和IGBT。

1引言随着以Si 为代表的第一代半导体材料制成的硅基器件的性能逐渐接近极限，以GaN 等宽禁带半导体为代表的第三代半导体材料研究与应用是目前全球半导体研究的前沿和热点。

GaN 具有宽禁带、强原子键、高热导率、化学稳定性好（几乎不被任何酸腐蚀）等性质和强抗辐照能力，在光电子、高温大功率器件和高频微波器件应用方面有着广阔的前景[1，2]。

随着应用市场对能效的重视，对高性能低成本电子产品的追求，基于GaN 的电子器件种类越来越多，其中高电子迁移率晶体管器件（HEMT ）是主要一类[3，4]。

GaN HEMT 的主要优点有极低的门极电荷，极低的分布电容、超快的开关速度、超小的器件体积、优异的品质因数、超低的开关损耗和很低的器件发热。

由于其优异的特性，使得GaN HEMT 可以应用于很多领域，比如无线充电、电源系统、同步整流等功率变换系统[2，3]。

而半桥开关电路为该类功率变换系统的核心电路，其开关变换速度和效率等特性决定着该类功率变换系统的总体性能。

本文利用两个80V 增强型GaN HEMT 器件实现了一种高速半桥开关电路并进行了系统测试。

首先进行器件参数特性分析，其次设计出能稳定快速关断的半桥电路，最后试验验证了该电路的快速可靠关断特性。

2半桥开关电路设计传统的晶体管栅极驱动电路主要针对Si 基晶体管或IGBT ，这些功率器件的栅极电容较大，同时开关开启和关闭时间较长，导致其开关控制频率和传输延时较大，采用该类器件实现的半桥开关电路许媛，黄伟，何宁业（黄山学院信息工程学院，安徽黄山245041）摘要：为了进一步提高现有功率变换系统的开关频率，采用增强型GaN HEMT 器件设计出适用于高速开关控制的半桥开关电路。

该半桥开关电路采用新型栅驱动电路，实现增强型GaN HEMT 器件的高速控制，进而实现开关速度的提升。

将该半桥开关电路用于一种48V 转12V 的高效DC/DC 电源变换系统中，测试结果表明该半桥开关电路的开关频率超过600KHz ，半桥驱动电流为10A ，验证了所提出驱动方法的有效性。

GN012 应用手册氮化镓半导体功率器件门极驱动电路设计更新于2021/02/04 GaN Systems Inc.门极偏置电压GaN SystemsGaN E-HEMT Si MOSFETIGBT SIC MOSFET 最大额定值-20/+10V-/+20V-/+20V-8/+20V典型门极偏置电压0 or-3/+5-6V 0/+10-12V 0 or -9/+15V -4/+15-20V与硅MOSFET 的共同点▪真正的增强型器件（常闭型器件）▪电压驱动▪只需提供门极漏电流I GSS▪能够通过改变R G 控制开关速度▪与与大部分Si MOSFET 驱动芯片兼容与硅MOSFET 的差异▪极低的Q G : 更低的驱动损耗; 更快的开关速度▪更大的跨导和更低的V GS : 仅需+5-6V 门极偏置电压即可接通元件▪更低的V G(th):典型值为1.5V相比其他增强型GaN 器件▪门极更加可靠: -20/+10V 最大额定值▪无需直流电流驱动门极▪门极结构简单，无二极管/PN 节C ISS = C GD +C GS易于驱动的GaN 功率器件技术门极驱动器结构隔离/非隔离备注Si8271单管隔离独立开通/关断引脚Si8273/4/5半桥隔离死区时间可调ADuM4121ARIZ 单管隔离内部米勒钳位ACPL-P346单管隔离内部米勒钳位HEY1011单管隔离集成驱动供电NCP51820半桥非隔离自举电压调节可编程电源电流和可调过•GaN Systems 的GaN HEMTs 与大多数硅器件驱动芯片兼容•当驱动电压(V DD )高于+6V(推荐的GaN 开通电压)时, 需要负压生成电路把V GS 转换成+6和-(V DD -6)V, 具体请参考第7页•建议V DD ≤12V常用方案:门极驱动器结构开通/关断引脚是否独立自举电压调节备注NCP51810半桥是否高速uP1966A 半桥是是通用应用LMG1205半桥是是通用应用MDC901半桥是是大电流•GaN Systems 的GaN HEMTs 与大多数硅器件驱动芯片兼容•当驱动电压(V DD )高于+6V(推荐的GaN 开通电压)时, 需要负压生成电路把V GS 转换成+6和-(V DD -6)V, 具体请参考第7页•建议V DD ≤12V常用方案:拓扑结构控制器描述反激-适配器-充电器-其他小功率AC/DC NCP1342650V, QR谐振UCC28600600V,QR谐振NCP1250650V, 固定频率控制同步buck DC/DC(48V/12V)LTC7800 60V, 带同步整流控制, 频率可达2.2MHz集成驱动的GaN控制芯片•GaN Systems的GaN HEMTs与大多数硅器件驱动芯片兼容•当驱动电压(V DD)高于+6V(推荐的GaN开通电压)时, 需要负压生成电路把V GS 转换成+6和-(V DD-6)V, 具体请参考第7页•建议V DD≤12V常用方案:集成驱动的GaN控制芯片–续上拓扑结构控制器备注LLC-适配器-充电器-平板显示器-工业电源NCP13992600V, 电流模式控制NCP1399600V,电流模式控制UCC256404600V, 优化burst mode, 低噪音和低待机功耗UCC256301600V, 混合滞环控制模式, 低待机功耗, 宽工作频率范围PFC-PC电源-家用电器-LED 驱动NCP1615 /NCP1616700V, 临界导通工作模式UCC28180频率可设置, 连续电流工作模式, 无需检测AC 高压PFC + LLC HR1203700V, 连续/断续电流多种功率因素校正控制模式, 死区可调及带有burst mode功能的LLC控制•GaN Systems的GaN HEMTs与大多数硅器件驱动芯片兼容•当驱动电压(V DD)高于+6V(推荐的GaN开通电压)时, 需要负压生成电路把V GS 转换成+6和-(V DD-6)V, 具体请参考第7页•建议V DD≤12V常用方案:驱动电路分类单管驱动隔离0V V GS(OFF)隔离单管驱动电路负V GS(OFF)EZDrive®使用分压电路数字隔离芯片+ 非隔离驱动芯片非隔离0V V GS(OFF)负V GS(OFF)EZDrive®半桥/全桥驱动隔离使用两个单管隔离驱动非隔离0V V GS(OFF)自举驱动负V GS(OFF)自举驱动+ EZDrive®GaN 并联应用GaN HEMT 并联的驱动电路单管GaN →隔离→0V VGS(OFF) →隔离单管驱动电路+VINGNDN C+VO0V 12458PWM VCC+5VDRAINSOURCEGATE9V ISO DC-DCVCC10u4.7u 4.7u0.1u1u2.2u 10010210k2VI GNDI ENVDD VO+GND31SI8271GB-IS65847VDDI VO-VDD_6VCM0.1u22pGNDON/OFF IN OUTBYP 13245LP2985AIM5-6.1/NOPBVDD_6V+9VISO3.3k+VIN GNDN C+VO0V 12458IN+VCC5V DRAINSOURCEGATE9V ISO DC-DCVCC10u4.7u 4.7u1u2.2u10010010kVDD6VCMGNDON/OFF IN OUTBYP 13245LP2985AIM5-6.1/NOPBVDD6V+9VISO2VDD1VIN-GND1VDD2VOUT GND231ADUM4121ARZ65847VIN+CLAMP 100IN-00.1u •在低电压，低功率，或对死区损耗敏感的应用中，可使用0V V GS(OFF)•如有需要，可应用共模电感以抑制噪声例一: 开通/关断通道互相独立的驱动电路(SI8271)例二: 开通/关断共通道的驱动电路(ADUM4121)+VINGNDN C+VO0V 12458PWM VCC+5VDRAINSOURCEGATE 9V ISO DC-DCVCC10u4.7u 4.7u0.1u1u10010210k2VI GNDI ENVDD VO+GND31SI8271AB-IS65847VDDI VO-CM0.1u22p3.3k+9V+9V10k47n5.6V 5.6V单管GaN →隔离→负V GS(OFF)→EZDrive®•负V GS 电压由图中47nF 电容提供•与自举电路兼容•应用范围1kW ~ 100kW•如有需要，可应用共模电感以抑制噪声例:SI8271 EZDrive ®电路(V GS =+6V/-3V)+VINGNDN C+VO0V 12458PWM VCC+5VVDDVEEDRAINSOURCEGATE9V ISO DC-DCVCC10u4.7u 4.7u 0.1u1u1u 10010210k2VI GNDI ENVDD VO+GND31SI8271AB-IS65847VDDI VO- 2.2k1k1u1u 5.8VVEEVDDCM0.1u22p3.3k单管GaN →隔离→负V GS(OFF)→使用分压电路•负V GS 电压由分压电路产生(5.8V 齐纳管和1kOhm 电阻)•可靠且易于PCB 布局•应用范围：1kW ~ 100kW•如有需要，可应用共模电感以抑制噪声例:带有分压电路的SI8271驱动电路(V GS =+6V/-3V)单管GaN →隔离→负V GS(OFF)→数字隔离芯片+ 非隔离驱动芯片•以兼容非隔离驱动芯片，提高驱动输出电流能力•大功率应用: 如电动汽车马达驱动，光伏逆变器等•如有需要，可应用共模电感以抑制噪声例: SI8610 (数字隔离芯片) + UCC27511(非隔离驱动芯片) (V GS =+6V/-6V)INHIBIN OUT GND1325LD2980ABM50TR+VINGNDN C+VO0V 124582VDD1NC GND1VDD2NC GND231SI8610BC-B-IS65847PWMVCC+5V5VISO5VISO+6VVDD 10u4.7u 4.7u1u 0.1u0.1u10010012V ISO DC-DCCM+6VDRAINSOURCEGATE11010k5GND IN-IN+OUTL OUTH VDD 16432UCC27511DBVR2.2k1k1u 1u6V-6V-6V-6V -6VGNDON/OFF IN OUTBYP 13245LP2985AIM5-6.1/NOPBPWMVDD+6V+6VDRAINSOURCEGATE1011010k1u2.2u4.7u5GND IN-IN+OUTLOUTH VDD 16432UCC27511DBVR单管GaN →非隔离→0V V GS(OFF)•单端应用(Class E, 反激, 推挽电路等)•或跟数字隔离器一起用于驱动高边浮地的开关管（如第11页所示）例:UCC27511驱动电路(V GS =+6V/0V)PWMVDD+9V+9VDRAINSOURCEGATE1011010k1u2.2u2.2u5GNDIN-IN+OUTLOUTHVDD16432UCC27511DBVRVIN VOUTGNDUA78L09AC10k47n5.6V5.6V单管→非隔离→负V GS(OFF)→EZDrive®•负V GS电压由47nF电容提供•与自举电路兼容•如有需要，可应用共模电感以抑制噪声例:UCC27511 驱动电路(VGS=+6V/-3V))更多关于GaN EZDrive®的信息, 请参考GN010: https:///半桥/全桥→0V V GS(OFF)→自举•小功率应用•选用低C J，反向恢复时间短的自举二极管例:NCP51820 自举驱动电路(V=+6V/0V)GS半桥/全桥→负V GS(OFF)→自举+ EZDrive®•负V GS电压由47nF电容提供•可通过外部驱动电阻调节开关速度来优化EMI•适用于小功率应用例:NCP51530 带有EZdrive®的自举驱动电路(V=+6V/-3V)GSGNDON/OFF IN OUTBYP 13245LP2985AIM5-6.1/NOPBPWMVDD+6V+6V1011010k1u2.2u4.7u5GND IN-IN+OUTL OUTH VDD 16432UCC27511DBVRDRAINSOURCE1111GATEGATE7HBHOH HS6LM5113HOL 34251091LOL LOHVDD VSS HI LI8101011VIN100k100kGGDDS S1u6VPWM1H PWM1L1u1uGND11111111GDDSS G 并联GaN HEMT 的驱动电路•并联GaN HEMTs 时, 需在门极和源极（Kelvin Source ）分别加一个1ohm 电阻(如下红色标示)例:UCC27511 非隔离驱动电路(V GS =+6V/0V)例:半桥自举驱动电路(V GS =+6V/0V)附录电压?▪什么时候需要负VGS(OFF)的关系▪关断损耗与VGS(OFF)▪V GS(OFF)与零电压开通临界值以及死区损耗的关系▪关断损耗与死区损耗之间的权衡什么时候需要负V GS(OFF)电压?▪负VGS(OFF)电压可增强噪声抗扰▪负VGS(OFF)电压可降低关断损耗，特别是在大电流情况下▪但是死区损耗随负VGS(OFF)电压的增大而增大(更多信息请参考应用手册GN001的第8页)▪选择VGS(ON)时，需权衡关断损耗和死区损耗。

mos光耦栅极驱动MOS光耦栅极驱动是一种常见的电路驱动技术，常用于各种电子设备中。

它是利用MOS场效应管和光耦结合，实现信号的隔离和驱动的技术方案。

MOS光耦栅极驱动的基本原理是利用光耦将输入信号隔离，然后通过MOS场效应管将隔离的信号进行放大和驱动。

光耦的输入端接收到来自外部的控制信号，经过光电转换后得到输出信号，然后通过MOS场效应管的栅极电压，控制MOS管的导通与截止。

MOS光耦栅极驱动的优点之一是信号的隔离效果好。

由于光耦的输入端与输出端之间存在电气隔离，可以有效地阻断控制信号中的干扰信号，使得输出信号更加纯净可靠。

这对于一些对信号干扰要求较高的场合非常重要，例如在工业控制系统中，信号的稳定性和可靠性是至关重要的。

MOS光耦栅极驱动还具有驱动能力强的优点。

通过MOS场效应管的放大作用，输入信号能够得到有效的放大，从而实现对输出信号的驱动。

这对于一些需要驱动较大负载的场合尤为重要，例如在电机驱动、开关电源等领域，MOS光耦栅极驱动可以提供足够的驱动能力，满足实际需求。

MOS光耦栅极驱动还具有响应速度快的特点。

由于MOS场效应管的特性，其响应速度较快，可以迅速响应输入信号的变化，并且输出相应的驱动信号。

这对于一些需要高速驱动的场合尤为重要，例如在通信设备、显示器等领域，MOS光耦栅极驱动可以实现快速而准确的信号驱动。

然而，MOS光耦栅极驱动也存在一些不足之处。

首先，由于光耦的光电转换过程中存在一定的时间延迟，这会导致输出信号的响应时间有一定的延迟。

其次，由于MOS场效应管的特性，其输出电流与栅极电压之间存在一定的非线性关系，这可能会导致输出信号的失真。

因此，在设计和应用MOS光耦栅极驱动时，需要综合考虑这些因素，并根据实际需求进行合理的选择和优化。

MOS光耦栅极驱动是一种常用的电路驱动技术，具有信号隔离效果好、驱动能力强、响应速度快等优点。

在实际应用中，我们可以根据具体的需求，选择合适的MOS光耦栅极驱动方案，并进行合理的设计和优化，以提高电路的稳定性、可靠性和性能。