2 使用 BJT 圖騰柱級進行電流升壓

最常見的電流升壓方法是使用 NPN-PNP 晶體管對。集成驅動器中的柵極驅動輸出用作該晶體管對的基極驅動裝置。圖 2-1 顯示了使用隔離式柵極驅動器 ISO5852S 的此類電流升壓電路的原理圖。

來自 MCU 的 PWM 輸入的信號隔離由驅動器 IC 本身提供。柵極驅動器 IC 提供 5.7kV_RMS 的隔離，并可分別提供 2.5A 和 5A 的拉電流和灌電流。電源隔離是通過圍繞 LM5180 器件構建的隔離式反激電源實現的，該器件是一種集成了 100V MOSFET 的初級側調整反激式轉換器。對于輸入側到輸出側隔離，使用 Wurth Elektronik 的反激式變壓器（器件型號：750344600）。使用該控制器將使該柵極驅動器電路與 24V、15V 或 12V 輔助電源兼容。ISO5852S 的初級 (MCU) 側可以通過 MCU 電源本身供電（通過取消裝配 U3 并將 MCU 電源連接到 3V3_MCU 輸入），也可以經由 TLV70450 LDO 從輔助電源產生的 5V 電源供電。反激式功率級生成的柵極驅動電源同時適用于 IGBT 和 SiC MOSFET，因為它具有 +20V 和 -6V 的雙路輸出。RST 和 PWM 信號來自 MCU，其中 PWM 是驅動信號，而 RST（低電平有效）用于在清除 DESAT 引腳檢測到電源開關短路導致的故障事件后重置柵極驅動器。PWM 輸入端提供約 10ns 的噪聲濾波。FLT 和 RDY 信號是返回到 MCU 的狀態指示信號，其中 FLT 通過低電平有效指示柵極驅動器檢測到的故障情況，而 RDY 通過高電平有效指示驅動器已準備好接收 PWM 輸入。

在輸出端，NPN 和 PNP 圖騰柱級進行電流放大。用于電流放大的 BJT 為 PHPT60410NYX 和 PHPT60410PYX，峰值電流額定值為 20A。由于在有源區域中使用晶體管，驅動輸出電壓將比電源軌電壓低 0.7V–0.8V。對于這樣高的驅動電壓，這不是一個重大問題。此外，在外部晶體管的基極和發射極之間添加一個電阻器將使輸出電壓達到電源軌電壓。ISO5852S 器件具有內部米勒鉗位，可提供典型值為 2.5A 的灌電流。該引腳還可以配置為驅動外部鉗位的外部 PNP 晶體管。通過使用外部鉗位并將其放在非常靠近電源開關柵極的位置，可以提高有效性。-6V 的負偏置足夠大，因此不一定要使用米勒鉗位，但可以加入它以作為額外的安全措施，也可用于證實米勒鉗位輸出的電流升壓。D4 中的二極管防止輸出晶體管在瞬態情況下出現過壓。

在此柵極驅動器中保留 ISO5852S 中的 DESAT 過流保護功能，而不對建議的檢測電路進行任何改動。然而，由于輸出驅動上存在電流升壓，如果不對該電路進行一些修改，慢速關閉 DESAT 保護功能可能無法正常發揮作用。R16 – C20 網絡將確保在所需的關閉時間內，DESAT 事件期間的驅動電流將從 Q2 的基極轉移。可以使用Equation1 和Equation2 計算這些元件的值：

其中

• I 是內部電流源的值，為 130mA
• T_off 是所需的關閉時間
• V_P 是正驅動電壓
• V_N 是負驅動電壓

可以使用Equation2 中的不等式估算 R16 的值：