對電能轉換而言，可再生能源電子細分市場是一個複雜且多樣化的競技場。在一些負載點應用中，開關型功率轉換器通常為非隔離式，功率水平相當低(<200W)，並且常常會把電源從一個DC電壓轉換到另一個，例如：12V轉換為3.3V。另外
，功率級開關為集成式，也即能夠通過低電流控製器或者晶體管驅動。今天
，控製器和功率級之間的整合正在成為現實。矽(Si)MOSFET在這一市場中起主導作用，因為人們喜歡更高的開關頻率，它可以達到1MHz以上的速度。這些功率開關通常均由一個5V或者12V IC柵極驅動器或類似解決方案來驅動。

高效管理可再生能源係統的挑戰

在某個風或者光伏發電機的電力係統中
，存在一些特殊的性能問題。使用微型逆變器時典型可再生能源功率水平為1到3kW
，串型逆變器為3到10kW，而大型中央式逆變器站則為10kW到1MW。除DC到DC轉換以外，還可使用DC到AC和AC到DC轉換，有時也可兩者組合使用。

老式的風力發電機直接連接電網，隻能工作在電力線頻率下。在經過許多作業點以後


，它們變得很低效。新型的風力發電機(圖1)常常把AC轉換為DC，然後再把DC轉換回AC，這樣風力發電機便可工作在各種速度下，從而獲得最大效率。

相反，光伏電池產生DC電壓/電流。一般而言
，先升高電壓，然後通過一個DC到AC逆變器發送

，最後再連接電網。

可再生能源發展趨勢

duiyushijieshangdedaduoshuguojiaeryan
，liyongfenghetaiyangnengshengchandeqingjienengyuandoujinweiqinengyuandehenxiaoyibufen。jinnianlai
，kezaishengnengyuanhuodelechixudefazhan。zaiyixiedifang，kezaishengnengyuanyijingzhanyouhendayibufen。liru
，genjudanmainengyuanjushuju，zai2012年上半年，丹麥所生產的全國總電量中約有34%為風力發電。丹麥能源局的上級部柵極丹麥氣候
、能源與建築部發布消息稱，到2020年，丹麥的風力發電將占到總能源的50%。當風力發電在一個國家總能源中占有較大比重時，轉換係統的可靠性變得至關重要。除此以外
，還有高功率電網連接、diangelianquanyaoqiuhedaxingkezaishengnengyuanzhuanhuanxitongdechengbenwenti。zheyiweizhe，xitongkekaoxingshizhongdoushishejiyouxiankaolvyinsu，qicishixiaolvwenti。yinci，zaisuoyoucengmian(從控製器到FET/IGBT驅動器本身)，保護功能和可靠性都是優先考慮項。

典型電源管理結構

高功率電平帶來更高的係統電壓，因此轉換器內所用各種組件的切斷電壓也更高。為了降低400V以上電壓的功率損耗，大多數電路設計人員更喜歡使用絕緣柵極雙極型晶體管(IGBT)，或者最新的碳化矽(SiC)FET。這些器件的切斷電壓可高達1200V，並且相比等效Si MOSFET擁有更低的“導通”電阻。這些複雜的電源係統通常由一個數字信號處理器、yigeweikongzhiqihuozheyigezhuanyongshuzidianyuankongzhiqilaiguanli。yinci，tamenchangchanghuiyaoqiutongshijiangdianhexinhaodougeliyugonglvjidegaozaoshengkaiguanhuanjing。jishizaiwentaikaiguanzhouqinei，dianludedianyahedianliuyehuijuliebianhua，xingchengmingxiandejieditiaodong。


圖2表明
，即使是一個單相DC到AC逆變器，也需要許多柵極驅動器，以正確地在功率級中對IGBT進行開關操作。作為一種單通道柵極驅動器
，隻要具有必需的信號和偏壓隔離
，德州儀器UCC27531jiunengqudongkaiguanqiaoderenhekaiguan。liyongyigeguangouheqihuozheshuzigeliqi，shixianxinhaogeli。duiyupianyageli，shejirenyuankeyishiyongyizhongdaierjiguanhedianrongqidezijudianlu，huozheyigegelishipianyadianyuan。lingyizhongfangfashi，yukongzhiqiyiyang
，lianjietongyigegeliduanshangdezhajiqudongqi，ranhoutongguozhajiqudongqihoumiandeyigezhajibianyaqiqudongkaiguan。zhezhongfangfayunxutongguokongzhiduanshangyigefeigelishidianyuan，duiqudongqijinxingpianzhi。


可再生能源的柵極驅動器

作為一種小型、非隔離式柵極驅動器
，單通道UCC27531可以很好地工作在前述環境下。它的IC輸入信號通過一個光耦合器或者數字隔離器提供。它的高電源/輸出驅動電壓範圍為10到35V
，讓其成為12V Si MOSFET應用和IGBT/SiC FET應用的理想選擇。這裏
，正柵極驅動通常更高
，並且關斷時負電壓下拉，目的是防止電源開關受到錯誤導通的損害。一般而言，SiC FET由一個相對於電源的+20/-5V柵極驅動器驅動。同樣，就IGBT而言，係統設計人員可能會使用一個+18/-13V柵極驅動，如圖3所示。


由於UCC27531是一種軌到軌驅動器，因此相對於發射極，OUTH上拉電源開關柵極至其18V VDD。相對於發射極，OUTL下拉柵極至驅動器的–13 V GND。驅動器有效地從+18到-13V
，或者從相對於其自有GND的VDD到31V。另外，35V額定電壓提供了一定的餘量，可防止噪聲和振鈴產生的IC過電壓故障。

OUTH和OUTL的分離輸出，允許用戶單獨控製導通(灌)電流和關斷(拉)電dian流liu。它ta幫bang助zhu最zui大da化hua效xiao率lv

，並bing保bao持chi開kai關guan時shi間jian控kong製zhi，從cong而er滿man足zu噪zao聲sheng和he電dian磁ci幹gan擾rao要yao求qiu。另ling外wai，即ji使shi是shi分fen離li輸shu出chu，單dan柵zha極ji驅qu動dong器qi也ye在zai輸shu出chu級ji保bao持chi最zui小xiao電dian感gan
，防fang止zhi出chu現xian過guo多duo振zhen鈴ling和he過guo衝chong。利li用yong一yi種zhong非fei對dui稱cheng驅qu動dong(2.5A導通，5A關斷)，UCC27531經(jing)過(guo)了(le)優(you)化(hua)，適(shi)用(yong)於(yu)高(gao)功(gong)率(lv)可(ke)再(zai)生(sheng)能(neng)源(yuan)應(ying)用(yong)的(de)平(ping)均(jun)開(kai)關(guan)時(shi)序(xu)。再(zai)者(zhe)，利(li)用(yong)低(di)下(xia)拉(la)阻(zu)抗(kang)，這(zhe)種(zhong)驅(qu)動(dong)器(qi)通(tong)過(guo)確(que)保(bao)柵(zha)極(ji)不(bu)遭(zao)受(shou)電(dian)壓(ya)尖(jian)峰(feng)來(lai)增(zeng)加(jia)可(ke)靠(kao)性(xing)。由(you)於(yu)IGBT的集電極和柵極之間以及FET的漏極和柵極之間的寄生米勒效應電容，這些電壓尖峰可能會導致出現錯誤導通。開關導通期間集電極/漏極電壓迅速上升，這時在柵極上拉升電壓
，這種內部電容便以此來引導柵極超出導通閾值電壓。

UCC27531的輸入級也為可再生能源等高可靠性係統而設計。它擁有一個所謂的TTL/CMOS輸入
，其與電源電壓無關
，從而實現了與標準TTL級信號的兼容。相比典型TTL中的常見0.5V磁滯，它擁有約1V的高磁滯。如果輸入信號因故丟失變得不穩定，則拉低輸出。另外，驅動器IC的GND電壓較大變化時，如果在開關沿期間GND跳動較高，則輸入信號可能表現為負。由於能夠連續對這些事件期間輸入(IN)或激活(EN)端上-5V電壓進行處理，因此驅動器成功地解決了這個問題。

UCC27531使用3x3mm的工業標準SOT-23封裝，相比使用離散式電平位移器、沒有負輸入能力或者缺少保護的離散式雙晶體管解決方案，它擁有非常大的競爭力。除節省大量空間以外
，把UCC27531的各種功能集成到一塊單IC封裝中還提高了係統的整體可靠性。

這種單通道驅動器是一種引人注目的解決方案，因為它可以非常靠近電源開關柵極放置。相比在一塊單IC中組合高側/低(di)側(ce)柵(zha)極(ji)驅(qu)動(dong)器(qi)
，它(ta)的(de)靈(ling)活(huo)度(du)更(geng)高(gao)。這(zhe)種(zhong)靈(ling)活(huo)性(xing)可(ke)幫(bang)助(zhu)最(zui)小(xiao)化(hua)驅(qu)動(dong)器(qi)和(he)電(dian)源(yuan)開(kai)關(guan)之(zhi)間(jian)的(de)電(dian)感(gan)

，並(bing)讓(rang)設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)能(neng)夠(gou)更(geng)好(hao)地(di)控(kong)製(zhi)開(kai)關(guan)柵(zha)極(ji)。圖(tu)2說明了許多高功率開關如何集成到一個DC到AC級單相中。對於一個完整的多轉換(DC和AC之間往複轉換)三相係統而言，甚至一些應用中還需要DC到DC轉換增壓級，需要許多的柵極驅動器。每一個驅動器的放置都必須在PCB上安排好
，以確保獲得正確的設計。

在zai可ke再zai生sheng能neng源yuan應ying用yong中zhong
，太tai陽yang能neng電dian池chi板ban陣zhen列lie和he風feng力li發fa電dian機ji的de功gong率lv轉zhuan換huan給gei廣guang大da係xi統tong設she計ji人ren員yuan帶dai來lai巨ju大da的de挑tiao戰zhan。這zhe些xie挑tiao戰zhan包bao括kuo高gao壓ya和he高gao功gong率lv電dian平ping、manzuanquanyukekaoxingyaoqiuyijiwanzhenglianjiexitongdezongtifuzachengdu。biaomiankanqilai，jinguandianyuankaiguandezhajiqudongqizhishizongxitongkongzhihedianlishengchanliuchengzhongyigexiaoxiaodebujian，dantamenduizhengtishejixingnengqueshifendezhongyao。

相關閱讀：

第二講：基於IGBT的高能效電源設計
http://m.0-fzl.cn/gptech-art/80020858
半月談：IGBT應用設計全麵剖析
http://m.0-fzl.cn/power-art/80020864
IGBT在風光互補發電設計中新型應用
http://m.0-fzl.cn/gptech-art/80020865
IGBT在太陽能應用中的高能效設計
http://m.0-fzl.cn/gptech-art/80020874