3 柵極驅動變壓器的優勢

使用柵極驅動變壓器有一些優點。總的來說，柵極驅動變壓器具有以下優勢：

• 為柵極驅動電路提供電隔離
• 傳輸信號和電源，無需使用輔助電源
• 可以輕松實現負柵極偏置
• 可以啟用短傳播延遲
• 根據匝數比調節電壓和電流
• 允許對極端或異常終端應用進行更多定制

在這些優勢中，最值得一提的是柵極驅動變壓器無需輔助電源。高電壓半橋柵極驅動 IC 需要使用浮動電源為高側驅動器供電。這通常是使用自舉電路實現的。在隔離式柵極驅動 IC 中，有時需要使用單獨的隔離式輔助電源來保持隔離柵。柵極驅動變壓器可以將柵極電流從初級側柵極驅動器傳輸到次級側電源開關。電力是通過柵極驅動變壓器傳輸的，因此次級側不需要輔助電源。隔離式輔助電源會顯著增加系統成本，因此基于柵極驅動變壓器的方法可以降低系統成本。

柵極驅動變壓器的另一個優勢是推挽式拓撲提供的固有負偏置。圖 2-1 中的 PNP 關斷電路將雙極柵極驅動信號從 ±V-_DD 整流為 +V-_DD。但是，省略 PNP 關斷電路可以在關斷期間實現 -V-_DD 偏置。在某些高功率系統中，對電源開關施加負偏置，以提高對米勒導通效應的抗擾度。當開關節點在高電平和低電平狀態之間轉換時，寄生電流通過 C_GD 電容（也稱為米勒電容）注入。注入的電流會導致柵極電壓升高，如果柵極電壓超過電源開關的閾值電壓，可能導致誤導通。負偏置會增加柵極電壓和閾值電壓之間的電壓差，并導致對米勒開通效應的抗擾度更高。許多 SiC FET 和 IGBT 數據表建議使用負偏置來減輕米勒導通效應。

柵極驅動變壓器還可以實現低傳播延遲。柵極驅動信號以光速在變壓器中傳播。就柵極驅動電路而言，可以將該延遲視為 0。

總延遲來自低側驅動器 IC 的傳播延遲和次級側電路增加的上升或下降時間。在圖 3-1 中，驅動器傳播延遲出現在輸入電壓和初級電壓之間。不過，一旦施加初級電壓，次級電壓就會立即開始上升。較低的固有傳播延遲意味著，與其他選項相比，柵極驅動變壓器電路可以實現非常低的傳播延遲。其他隔離方法通常會使用開關鍵控等調制技術。任何調制和解調電路都可能會增加系統的傳播延遲。ISO6521 等數字隔離器 IC 的傳播延遲典型值低至 11ns。但是，在需要快速響應的應用中，基于柵極驅動變壓器的電路仍可用于實現超低傳播延遲系統。

柵極驅動變壓器的最后一個主要優勢是易于調節電壓。變壓器的匝數比會對電壓產生倍增效應。雖然許多設計人員可以選擇匝數比為 1:1 的變壓器，但不同的匝數比可以提高系統設計的靈活性。例如，可以在初級側使用匝數比為 1:3 的 5V 總線，以在次級側產生 15V 柵極驅動電壓。但是，當電壓按比例增大時，電流會按比例減小。在這種情況下，初級電流可以大約比 1:1 變壓器系統大三倍。總體而言，輕松調節電壓的能力可以省去直流/直流轉換器，并提高整體系統的效率和靈活性。