柵極驅(qū)動(dòng)變壓器和全集成隔離器在隔離直流/直流電源轉(zhuǎn)換器中的應(yīng)用對(duì)比

　　對(duì)占空比變化很快的應(yīng)用必須保持謹(jǐn)慎，如瞬態(tài)響應(yīng)會(huì)導(dǎo)致工作紊亂或損壞器件。當(dāng)偏置通過耦合電容后改變(由于占空比的改變)時(shí)，電容可能由于變壓器勵(lì)磁電感導(dǎo)致產(chǎn)生振蕩。這種振蕩會(huì)在計(jì)劃外的時(shí)間間隔中打開MOSFET。大電容值、柵極電阻或者降低占空比變化速度對(duì)減少振蕩都有幫助。但是選擇太大的電容會(huì)導(dǎo)致變壓器在瞬態(tài)期間飽和。

　　圖3顯示了另外一種變壓器隔離柵極驅(qū)動(dòng)，這種驅(qū)動(dòng)通常稱為直流恢復(fù)型柵極驅(qū)動(dòng)。二極管和次級(jí)側(cè)電容恢復(fù)了柵極驅(qū)動(dòng)的直流電壓，可用于更大的占空比情況。這個(gè)電路和基本型電路同樣存在振蕩和可能的變壓器瞬態(tài)問題。這個(gè)電路在斷開期間還存在其他危險(xiǎn)[1]。在斷開期間，初級(jí)電容無限期直接接在初級(jí)線圈兩邊。初級(jí)磁化電流不斷加強(qiáng)，使變壓器飽和。當(dāng)變壓器飽和后，變壓器次級(jí)變成短路，允許次級(jí)電容打開 MOSFET，這可能損壞電源轉(zhuǎn)換器。小容量耦合電容有助于減少這一影響。軟停止控制器也可提供幫助，這種控制器能夠逐漸減小而不是突然停止占空比[2]。

　　一般而言，通過謹(jǐn)慎的設(shè)計(jì)和評(píng)估，變壓器隔離柵極驅(qū)動(dòng)在50%或更低占空比下都呈現(xiàn)相當(dāng)出色的性能。對(duì)于圖1所示的電源轉(zhuǎn)換器應(yīng)用，需要同步整流器提供足夠高的占空比(遠(yuǎn)大于50%)。對(duì)于這種高占空比應(yīng)用，變壓器隔離需要直流恢復(fù)技術(shù)，這可能帶來更多意想不到的困難，而且需要在設(shè)計(jì)和評(píng)估中非常謹(jǐn)慎。高性能隔離直流/直流電源轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)人員通常會(huì)盡力提高效率并減小尺寸。而基于變壓器的隔離柵極驅(qū)動(dòng)相對(duì)較大，不僅僅需要變壓器，還需要相關(guān)的復(fù)位器件。最近，部分廠家開始提供全集成隔離柵極驅(qū)動(dòng)解決方案。這些解決方案采用了多種不同的隔離技術(shù)，包括微型變壓器、射頻調(diào)制電容耦合以及巨磁阻傳感器。

　　目前已有一類應(yīng)用廣泛的隔離器件系列在使用微芯片級(jí)變壓器來隔離穿過地隔離邊界的數(shù)字信號(hào)[3]。對(duì)于每一次輸入轉(zhuǎn)換，在編碼邊沿時(shí)用兩個(gè)脈沖表示一個(gè)上升沿，用一個(gè)脈沖表示一個(gè)下降沿。脈沖通過微變壓器耦合，并在次級(jí)解碼。初級(jí)側(cè)會(huì)周期發(fā)送一個(gè)刷新脈沖檢測直流正確性。次級(jí)側(cè)有一個(gè)看門狗定時(shí)器用于檢查刷新脈沖。

　　另一個(gè)系列的隔離器件采用高頻射頻調(diào)制來發(fā)送穿過地隔離邊界的數(shù)字信號(hào)[4]。在初級(jí)側(cè)，一個(gè)700MHz調(diào)制信號(hào)以鍵值"開"或"斷"代表輸入的"1"或"0"。次級(jí)側(cè)接收器從初級(jí)側(cè)發(fā)射器接收這個(gè)信號(hào)。解調(diào)器解碼RF信號(hào)，通過RF信號(hào)的有無狀態(tài)控制輸出狀態(tài)。生產(chǎn)商稱RF開/關(guān)鍵控方案提供了同類最佳的抗干擾度，因?yàn)樗锠顟B(tài)信息始終在以非?？斓乃俣劝l(fā)送和接收。