隔離式半橋驅動器的功能是驅動高端和低端N溝道MOSFET（或IGBT）的(de)柵(zha)極(ji)，通(tong)過(guo)低(di)輸(shu)出(chu)阻(zu)抗(kang)降(jiang)低(di)導(dao)通(tong)損(sun)耗(hao)
，同(tong)時(shi)通(tong)過(guo)快(kuai)速(su)開(kai)關(guan)時(shi)間(jian)降(jiang)低(di)開(kai)關(guan)損(sun)耗(hao)。高(gao)端(duan)和(he)低(di)端(duan)驅(qu)動(dong)器(qi)需(xu)要(yao)高(gao)度(du)匹(pi)配(pei)的(de)時(shi)序(xu)特(te)性(xing)
，以(yi)實(shi)現(xian)精(jing)確(que)高(gao)效(xiao)開(kai)關(guan)操(cao)作(zuo)。這(zhe)可(ke)以(yi)減(jian)少(shao)二(er)次(ci)開(kai)關(guan)導(dao)通(tong)前(qian)關(guan)斷(duan)半(ban)橋(qiao)一(yi)次(ci)開(kai)關(guan)的(de)空(kong)載(zai)時(shi)間(jian)。實(shi)現(xian)隔(ge)離(li)式(shi)半(ban)橋(qiao)柵(zha)極(ji)驅(qu)動(dong)功(gong)能(neng)的(de)典(dian)型(xing)方(fang)法(fa)是(shi)使(shi)用(yong)光(guang)耦(ou)合(he)器(qi)進(jin)行(xing)隔(ge)離(li)，後(hou)跟(gen)高(gao)壓(ya)柵(zha)極(ji)驅(qu)動(dong)器(qi)IC
，如圖1所(suo)示(shi)。該(gai)電(dian)路(lu)的(de)一(yi)個(ge)潛(qian)在(zai)問(wen)題(ti)是(shi)，僅(jin)有(you)一(yi)個(ge)隔(ge)離(li)輸(shu)入(ru)通(tong)道(dao)，而(er)且(qie)依(yi)賴(lai)高(gao)壓(ya)驅(qu)動(dong)器(qi)來(lai)提(ti)供(gong)通(tong)道(dao)間(jian)所(suo)需(xu)的(de)時(shi)序(xu)匹(pi)配(pei)以(yi)及(ji)應(ying)用(yong)所(suo)需(xu)的(de)死(si)區(qu)。另(ling)一(yi)問(wen)題(ti)是(shi)
，高(gao)壓(ya)柵(zha)極(ji)驅(qu)動(dong)器(qi)並(bing)無(wu)電(dian)流(liu)隔(ge)離(li)，而(er)是(shi)依(yi)賴(lai)結(jie)隔(ge)離(li)來(lai)分(fen)離(li)同(tong)一(yi)IC中的高端驅動電壓和低端驅動電壓。在低端開關事件中
，電路中的寄生電感可能導致輸出電壓VS降至地電壓以下。發生這種情況時
，高端驅動器可能發生閂鎖，並永久性損壞。

光耦合器柵極驅動器
另一種方法（如圖2所示）利用兩個光耦合器來實現輸出之間的電流隔離，從而避免了高端-低端交互作用的問題。柵極驅動器電路往往置於與光耦合器相同的封裝中，最常見的情況是，兩個獨立的光耦合器柵極驅動器IC構gou成cheng完wan整zheng的de隔ge離li式shi半ban橋qiao，結jie果guo使shi解jie決jue方fang案an尺chi寸cun變bian大da。需xu要yao注zhu意yi的de是shi，光guang耦ou合he器qi是shi作zuo為wei分fen立li式shi器qi件jian生sheng產chan的de，即ji使shi兩liang個ge光guang耦ou合he器qi封feng裝zhuang在zai一yi起qi亦yi是shi如ru此ci
，因yin此ci，它ta們men的de通tong道dao間jian匹pi配pei存cun在zai限xian製zhi。這zhe會hui增zeng加jia關guan閉bi一yi個ge通tong道dao與yu打da開kai另ling一yi個ge通tong道dao之zhi間jian的de死si區qu，從cong而er導dao致zhi效xiao率lv下xia降jiang。光guang耦ou合he器qi的de響xiang應ying速su度du同tong樣yang受shou到dao原yuan邊bian發fa光guang二er極ji管guan(LED)電容的限製，而且將輸出驅動至高達1MHz的速度也會受到其傳播延遲（最大值為500 ns）以及較慢的上升和下降時間（最大值為100 ns）的限製。要使光耦合器達到最高速度，需要將LED電流增加至10mA以上，這會消耗更多功率
，縮短光耦合器的壽命並降低其可靠性
，尤其是在太陽能逆變器和電源應用中常見的高溫環境下。
脈衝變壓器柵極驅動器

接下來，我們將探討電流隔離器，由於它們具有更低的傳播延遲、更精確的時序，因此速度比光耦合器更高。脈衝變壓器是一種隔離變壓器
，其工作速度可以達到半橋柵極驅動器應用通常所需的水平（最高1MHz）。柵極驅動器IC可用於提供容性MOSFET柵極充電所需的高電流。圖3中zhong的de柵zha極ji驅qu動dong器qi以yi差cha分fen方fang式shi驅qu動dong脈mai衝chong變bian壓ya器qi的de原yuan邊bian，該gai變bian壓ya器qi副fu邊bian有you兩liang個ge繞rao組zu，用yong於yu驅qu動dong半ban橋qiao的de各ge個ge柵zha極ji。使shi用yong脈mai衝chong變bian壓ya器qi的de一yi個ge優you勢shi是shi，它ta不bu需xu要yao用yong隔ge離li電dian源yuan來lai驅qu動dong副fu邊bianMOSFET。當感應線圈中有較大的瞬態柵極驅動電流流過時（會導致振鈴），這種應用就可能出現問題。它有可能使柵極不合需要地開啟和關閉
，從而損壞MOSFET。脈衝變壓器的另一個局限在於，它們在要求信號占空比在50%yishangdeyingyongzhongkenengbiaoxianbujia。zheshiyouyubianyaqizhinengtigongjiaoliuxinhao，yinweitiexincitongliangbixumeibangezhouqifuweiyiciyiweichifumiaopingheng。zuihou，maichongbianyaqidecixinhegelishiraozuxuyaoxiangduijiaodadefengzhuang。zaijiashangqudongqiIC和其他分立式元件
，最終建立的解決方案可能尺寸過大
，無法適應許多高密度應用。 數字隔離器柵極驅動器

現在，我們來看看以數字隔離器來實現隔離式半橋柵極驅動器的方法。在圖4中
，數字隔離器使用標準CMOS集成電路工藝

，以金屬層形成變壓器線圈，並以聚酰亞胺絕緣材料來分離線圈。這種組合可以實現5 kV rms以上（1分鍾額定值）的隔離能力，可用於增強型隔離電源和逆變器應用。
如圖5中電路所示
，數字隔離器消除了光耦合器中使用的LED以及與之相關的老化問題
，而且功耗更低
、可靠性更高。輸入與輸出以及輸出與輸出之間提供電流隔離，以消除高端-低di端duan的de交jiao互hu作zuo用yong。輸shu出chu驅qu動dong器qi通tong過guo低di輸shu出chu阻zu抗kang降jiang低di導dao通tong損sun耗hao，同tong時shi通tong過guo快kuai速su開kai關guan時shi間jian降jiang低di開kai關guan損sun耗hao。與yu光guang耦ou合he器qi設she計ji不bu同tong
，高gao端duan和he低di端duan數shu字zi隔ge離li器qi是shi輸shu出chu匹pi配pei型xing集ji成cheng電dian路lu，具ju有you更geng高gao的de效xiao率lv。高gao壓ya柵zha極ji驅qu動dong器qi集ji成cheng電dian路lu（圖1）huizengjiadianpingzhuanhuandianluzhongdechuanboyanchi，yinerbunengxiangshuzigeliqiyiyangshixiantongdaojianshixutexingdepipei。zaishuzigeliqizhongjichengzhajiqudongqi
，keshijiejuefangandechicunjiangzhidanfengzhuangji
，congerdafujianxiaojiejuefanganchicun。

共模瞬變抗擾度

在針對高壓電源的許多半橋柵極驅動器應用中，開關元件中可能發生極快的瞬變。在這些應用中，如果較大的dV/dt可ke能neng在zai隔ge離li柵zha上shang發fa生sheng容rong性xing耦ou合he，則ze有you可ke能neng在zai隔ge離li柵zha上shang導dao致zhi邏luo輯ji瞬shun變bian錯cuo誤wu。在zai隔ge離li式shi半ban橋qiao驅qu動dong器qi應ying用yong中zhong

，這zhe種zhong情qing況kuang可ke能neng在zai交jiao叉cha傳chuan導dao過guo程cheng中zhong同tong時shi打da開kai兩liang個ge開kai關guan，因yin而er可ke能neng損sun壞huai開kai關guan。隔ge離li柵zha上shang的de任ren何he寄ji生sheng電dian容rong都dou可ke能neng成cheng為wei共gong模mo瞬shun變bian的de耦ou合he路lu徑jing。光guang耦ou合he器qi需xu要yao以yi敏min感gan度du極ji高gao的de接jie收shou器qi來lai檢jian測ce隔ge離li柵zha上shang傳chuan遞di的de少shao量liang光guang，而er且qie較jiao大da的de共gong模mo瞬shun變bian可ke能neng擾rao亂luan其qi輸shu出chu。可ke以yi在zaiLEDyujieshouqizhijiantianjiayigepingbi，yijiangdiguangouheqiduigongmoshunbiandianyademingandu，zhezhongjishubeiyunyongzaiduoshuguangouheqizhajiqudongqizhong。gaipingbikeyitigaogongmoshunbiankangraodu(CMTI)，從標準光耦合器不到10kV/μs的額定值提升至光耦合器柵極驅動器的25kV/μs。雖然CMTI達到25kV/μ對許多柵極驅動器應用是合適的
，但是對於瞬變電壓較大的電源以及太陽能逆變器應用來說，可能需要CMTI達到50kV/μs或以上。
數shu字zi隔ge離li器qi可ke以yi向xiang其qi接jie收shou器qi提ti供gong更geng高gao的de信xin號hao電dian平ping

，並bing能neng承cheng受shou極ji高gao的de共gong模mo瞬shun變bian而er不bu會hui導dao致zhi數shu據ju錯cuo誤wu。基ji於yu變bian壓ya器qi的de隔ge離li器qi是shi四si端duan器qi件jian

，可ke對dui信xin號hao提ti供gong低di差cha分fen阻zu抗kang，對dui噪zao聲sheng提ti供gong高gao共gong模mo阻zu抗kang
，從cong而er實shi現xian優you秀xiu的deCMTI。qitashuzigeliqikenengshiyongrongxingouhelaichanshengbianhuadedianchang，shixiankuayuegelizhadeshujuchuanshu。yujiyubianyaqidegeliqibutong，jiyudianrongdegeliqishishuangduanqijian，zaoshenghexinhaogongyongtongyichuanshulujing。duiyushuangduanqijian，xinhaopinlvxuyaoyuangaoyuyuqidezaoshengpinlv，yibiangelizhadianrongduixinhaotigongdizukang，erduizaoshengtigonggaozukang。danggongmozaoshengdianpingdadaozuyiyanmeixinhaoshi，zekenengraoluangeliqishuchuduandeshuju。tu6所示為基於電容的隔離器中發生數據擾亂示例，其中，輸出信號（通道4）在僅10kV/μs的共模瞬變過程中下降了6 ns，造成毛刺。注意，圖中數據是在基於電容的隔離器的擾亂閾值下采集的
；如果瞬變較大，擾亂可能持續更長時間
，從而使MOSFET開關變得不穩定。相比之下，基於變壓器的數字隔離器能夠承受超過100kV/μs的共模瞬變，而輸出端不會出現數據擾亂問題（見圖7）。 zongeryanzhi

，duiyugelishibanqiaozhajiqudongqiyingyong
，shishibiaoming，xiangduiyujiyuguangouheqihemaichongbianyaqidesheji，jiyubianyaqideshuzigeliqijuyouzhongduoyoushi。tongguojichengjidajiangdilejiejuefanganchicunheshejifuzadu，shixuxingnengdadagaishan。tongguodianliugelishuchuqudongqihegenggaodeCMTI進一步提高了魯棒性。