具有快速开关频率的电源已大幅提升安全性

侧的隔离完整性。栅极驱动器通常为功率FET的栅极提供高达4A的开关电流。对于给定的FET栅极电容，电流驱动能力越强，开关速率就越快。下图显示了一个隔离栅极驱动器的简单原理图，其连接至一个电压达400V的功率FET的栅极。

　　图3.隔离栅极驱动器示例

　　当今市场上可提供许多隔离栅极驱动器解决方案。

　　· 结隔离驱动器(Junction-Isolated Driver)

　　结隔离驱动器有一个浮动的高压侧驱动器去适应高电压线路。对于这样的设备而言，最高额定电压约为600V。通常情况下，这些产品经济实惠，但具有较小的瞬变抑制力，很容易闩锁，从而造成永久损坏或安全危害。一般来说，用于支持信号完整性的CMTI规格是在10kV/µs范围之内，而用于支持闩锁抗扰的CMTI规格是在50 kV/µs范围之内。

　　· 光耦合驱动器

　　光耦合栅极驱动器都被真正地隔离(相对于浮动的高压侧驱动器)，而且它们已经存在了相当长的一段时间。典型光耦合驱动器的CMTI规格在10-20 kV/µs之间，而最新产品则拥有大为改善的性能，其CMTI值达到50 kV/µs(最小值)。

　　· 电容耦合和变压器耦合驱动器

　　除了结驱动器或光耦合驱动器之外，诸如电容耦合或变压器耦合解决方案等技术，也使性能提升了一大截。

　　请牢记我们的最终目标——实现可能的最快开关速率同时确保安全性——电容耦合和变压器耦合驱动器的最大优势在于，他们能够承受极高的噪声瞬变，而又不会丢失数据并不会被闩锁。一些最新的变压器耦合栅极驱动器的CMTI规范为50 kV/µs(最小值)，而这仍然不能满足我们所考虑的最高效率系统。

　　最新的电容耦合解决方案也有相应的CMTI规范，支持信号完整性的CMTI为200 kV/µs(最小值)，支持闩锁抗扰的CMTI为400 kV/µs(最大值)。这是业界领先的性能，且最适合当今的新型高频系统设计。

　　使用电容耦合隔离驱动器还有一些其它的优势。它们非常快速(低延迟)，并且信道之间和器件之间的一致性优于其它解决方案。与一些流行的光耦栅极驱动器相比，其传输时延(延迟)性能要好10倍之多，同时器件之间的一致性也要好10倍甚至更多。这种一致性为设计人员提供了另一项关键优势——系统的整体调制方案可以进行微调以实现最高效率和安全性，而无需去适应规格变动。

　　这些驱动器还允许较低电压操作(相比5V的2.5V)，以及更宽的工作温度范围(-40℃至125℃，而光耦合驱动器仅为-40℃至105℃)。此类驱动器还提供其它先进的特性，例如输入噪声滤波器、异步关断能力，以及在同一个封装中的诸如半桥或双通道独立驱动器等多种配置。

　　产品的安全性和长期可靠性也是这些应用中的关注重点，并且考虑这些属性也是非常重要的。另外，新型驱动器在高电压条件下的额定工作寿命为60年，比其它任何可比的解决方案都更长。

　　下表总结了相互竞争的驱动器之间的关键特性对比。

　　表1.常用隔离栅极驱动器技术的详细对比

　　总结

　　通过使用市场上可以提供的最快功率开关技术，电源设计人员希望能将其设计中的单位体积功率(W/mm3)实现最大化。最新的基于GaN和SiC的开关是当前市场可提供的最快速技术，但是要求栅极驱动器具有非常高的噪声抗扰度(CMTI)。

　　Silicon Labs最新的电容耦合栅极驱动器满足了GaN和SiC的噪声抗扰度要求，且余量绰绰有余(要求为120kV/µs、可提供200kV/µs)。采用最新技术的新型Si827x隔离栅极驱动器允许设计人员实现系统效率和单位体积功率(W/mm3)最大化。

　　图4.具有高噪声抗扰度的电容耦合隔离栅极驱动器

　　Silicon Labs公司隔离产品经理Ashish Gokhale

　　Ashish Gokhale是Silicon Labs公司电源产品事业部负责隔离产品的资深产品经理，工作地点位于美国德克萨斯州奥斯汀市。Ashish于2010年加入Silicon Labs。在此之前，他在德州仪器(TI)担任隔离产品业务发展经理，致力于开发隔离技术和推广产品。他在TI曾担任半导体工艺和产品开发方面的多个技术和管理职位，包括深亚微米工艺节点的技术开发和工业接口产品的开发。他拥有德克萨斯大学奥斯汀分校的电机工程硕士(MSEE)和工商管理硕士(MBA)学位，以及孟买VJTI大学的电机工程学士(BSEE)学位。他在隔离技术领域内还拥有2项专利。