針對IGBT和MOSFET可再生能源應用的驅動器設計

圖 3 利用FET/IGBT單柵極驅動器驅動電源開關

由于UCC27531是一種軌到軌驅動器，因此相對于發射極，OUTH上拉電源開關柵極至其18V VDD。相對于發射極，OUTL下拉柵極至驅動器的–13 V GND。驅動器有效地從+18到-13V，或者從相對于其自有GND的VDD到31V。另外，35V額定電壓提供了一定的余量，可防止噪聲和振鈴產生的IC過電壓故障。

OUTH和OUTL的分離輸出，允許用戶單獨控制導通(灌)電流和關斷(拉)電流。它幫助最大化效率，并保持開關時間控制，從而滿足噪聲和電磁干擾要求。另外，即使是分離輸出，單柵極驅動器也在輸出級保持最小電感，防止出現過多振鈴和過沖。利用一種非對稱驅動(2.5A導通，5A關斷)，UCC27531經過了優化，適用于高功率可再生能源應用的平均開關時序。再者，利用低下拉阻抗，這種驅動器通過確保柵極不遭受電壓尖峰來增加可靠性。由于IGBT的集電極和柵極之間以及FET的漏極和柵極之間的寄生米勒效應電容，這些電壓尖峰可能會導致出現錯誤導通。開關導通期間集電極/漏極電壓迅速上升，這時在柵極上拉升電壓，這種內部電容便以此來引導柵極超出導通閾值電壓。

UCC27531的輸入級也為可再生能源等高可靠性系統而設計。它擁有一個所謂的TTL/CMOS輸入，其與電源電壓無關，從而實現了與標準TTL級信號的兼容。相比典型TTL中的常見0.5V磁滯，它擁有約1V的高磁滯。如果輸入信號因故丟失變得不穩定，則拉低輸出。另外，驅動器IC的GND電壓較大變化時，如果在開關沿期間GND跳動較高，則輸入信號可能表現為負。由于能夠連續對這些事件期間輸入(IN)或激活(EN)端上-5V電壓進行處理，因此驅動器成功地解決了這個問題。

UCC27531使用3 x 3mm的工業標準SOT-23封裝，相比使用離散式電平位移器、沒有負輸入能力或者缺少保護的離散式雙晶體管解決方案，它擁有非常大的競爭力。除節省大量空間以外，把UCC27531的各種功能集成到一塊單IC封裝中還提高了系統的整體可靠性。

這種單通道驅動器是一種引人注目的解決方案，因為它可以非常靠近電源開關柵極放置。相比在一塊單IC中組合高側/低側柵極驅動器，它的靈活度更高。這種靈活性可幫助最小化驅動器和電源開關之間的電感，并讓設計人員能夠更好地控制開關柵極。圖2說明了許多高功率開關如何集成到一個DC到AC級單相中。對于一個完整的多轉換(DC和AC之間往復轉換)三相系統而言，甚至一些應用中還需要DC到DC轉換增壓級，需要許多的柵極驅動器。每一個驅動器的放置都必須在PCB上安排好，以確保獲得正確的設計。

結論

在可再生能源應用中，太陽能電池板陣列和風力發電機的功率轉換給廣大系統設計人員帶來巨大的挑戰。這些挑戰包括高壓和高功率電平、滿足安全與可靠性要求以及完整連接系統的總體復雜程度。表面看起來，盡管電源開關的柵極驅動器只是總系統控制和電力生產流程中一個小小的部件，但它們對整體設計性能卻十分的重要。

參考文獻

1 《可再生能源系統的電源電子組件和可靠性》，作者：F. Blaabjerg等人，2012年5月28日-31日中國杭州第21屆IEEE國際工業電子研討會發言稿。

2 《可再生能源系統中電源組件的作用》，作者Veda Prakash Galigekere和Marian K. Kazimierczuk，在線版《白皮書》，訪問網址：www.magnelab.com。

3 《碳化硅MOSFET的應用考慮》，作者Bob Calanan，2011年1月，在線版《電源應用說明》，訪問網址：www.cree.com/power/document-library