针对IGBT和MOSFET可再生能源应用的驱动器设计

图 3 利用FET/IGBT单栅极驱动器驱动电源开关

由于UCC27531是一种轨到轨驱动器，因此相对于发射极，OUTH上拉电源开关栅极至其18V VDD。相对于发射极，OUTL下拉栅极至驱动器的–13 V GND。驱动器有效地从+18到-13V，或者从相对于其自有GND的VDD到31V。另外，35V额定电压提供了一定的余量，可防止噪声和振铃产生的IC过电压故障。

OUTH和OUTL的分离输出，允许用户单独控制导通(灌)电流和关断(拉)电流。它帮助最大化效率，并保持开关时间控制，从而满足噪声和电磁干扰要求。另外，即使是分离输出，单栅极驱动器也在输出级保持最小电感，防止出现过多振铃和过冲。利用一种非对称驱动(2.5A导通，5A关断)，UCC27531经过了优化，适用于高功率可再生能源应用的平均开关时序。再者，利用低下拉阻抗，这种驱动器通过确保栅极不遭受电压尖峰来增加可靠性。由于IGBT的集电极和栅极之间以及FET的漏极和栅极之间的寄生米勒效应电容，这些电压尖峰可能会导致出现错误导通。开关导通期间集电极/漏极电压迅速上升，这时在栅极上拉升电压，这种内部电容便以此来引导栅极超出导通阈值电压。

UCC27531的输入级也为可再生能源等高可靠性系统而设计。它拥有一个所谓的TTL/CMOS输入，其与电源电压无关，从而实现了与标准TTL级信号的兼容。相比典型TTL中的常见0.5V磁滞，它拥有约1V的高磁滞。如果输入信号因故丢失变得不稳定，则拉低输出。另外，驱动器IC的GND电压较大变化时，如果在开关沿期间GND跳动较高，则输入信号可能表现为负。由于能够连续对这些事件期间输入(IN)或激活(EN)端上-5V电压进行处理，因此驱动器成功地解决了这个问题。

UCC27531使用3 x 3mm的工业标准SOT-23封装，相比使用离散式电平位移器、没有负输入能力或者缺少保护的离散式双晶体管解决方案，它拥有非常大的竞争力。除节省大量空间以外，把UCC27531的各种功能集成到一块单IC封装中还提高了系统的整体可靠性。

这种单通道驱动器是一种引人注目的解决方案，因为它可以非常靠近电源开关栅极放置。相比在一块单IC中组合高侧/低侧栅极驱动器，它的灵活度更高。这种灵活性可帮助最小化驱动器和电源开关之间的电感，并让设计人员能够更好地控制开关栅极。图2说明了许多高功率开关如何集成到一个DC到AC级单相中。对于一个完整的多转换(DC和AC之间往复转换)三相系统而言，甚至一些应用中还需要DC到DC转换增压级，需要许多的栅极驱动器。每一个驱动器的放置都必须在PCB上安排好，以确保获得正确的设计。

结论

在可再生能源应用中，太阳能电池板阵列和风力发电机的功率转换给广大系统设计人员带来巨大的挑战。这些挑战包括高压和高功率电平、满足安全与可靠性要求以及完整连接系统的总体复杂程度。表面看起来，尽管电源开关的栅极驱动器只是总系统控制和电力生产流程中一个小小的部件，但它们对整体设计性能却十分的重要。

参考文献

1 《可再生能源系统的电源电子组件和可靠性》，作者：F. Blaabjerg等人，2012年5月28日-31日中国杭州第21届IEEE国际工业电子研讨会发言稿。

2 《可再生能源系统中电源组件的作用》，作者Veda Prakash Galigekere和Marian K. Kazimierczuk，在线版《白皮书》，访问网址：www.magnelab.com。

3 《碳化硅MOSFET的应用考虑》，作者Bob Calanan，2011年1月，在线版《电源应用说明》，访问网址：www.cree.com/power/document-library