隔離驅動(isolated power)是指在輸入端和負載端之間通過隔離變壓器進行電氣隔離,使輸出端無法直接接觸高壓。因此觸摸負載就沒有觸電的危險,隔離驅動的優(yōu)點是安全。
隔離驅動可以避免信號反饋對控制系統(tǒng)的影響,提高了系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性。
開關電源使用隔離驅動
在電源與充電樁等高功率應用中,通常需要專用驅動器來驅動最后一級的功率晶體管。這是因為大多數(shù)微控制器輸出并沒有針對功率晶體管的驅動進行優(yōu)化,如足夠的驅動電流和驅動保護功能等,而且直接用微控制器來驅動,會導致功耗過大等弊端。
首先,在功率晶體管開關過程中,柵極電容充放電會在輸出端產(chǎn)生較高的電壓與電流,高電壓與高電流同時存在時,會造成相當大的開關損耗,降低電源效率。
因此,在控制器和晶體管之間引入驅動器,可以有效放大控制器的驅動信號,從而更快地對功率管柵極電容進行充放電,來縮短功率管在柵極的上電時間,降低晶體管損耗,提高開關效率。
其次,更大的電流可以提高開關頻率,開關頻率提高以后,可以使用更小的磁性器件,以降低成本,減小產(chǎn)品體積。
給功率管增加驅動的方式有兩種,一種是非隔離驅動,一種是隔離驅動。
傳統(tǒng)電路里面經(jīng)常見到非隔離驅動,在高壓應用中一般采用半橋非隔離驅動,該驅動有高低兩個通道,低側是一個簡單的緩沖器,通常與控制輸入有相同的接地點;高側則除了緩沖器,還包含高電壓電平轉換器。
非隔離驅動有很多局限性。首先,非隔離驅動模塊整體都在同一硅片上,因此耐壓無法超出硅工藝極限,大多數(shù)非隔離驅動器的工作電壓都不超過700伏。
其次,當高側功率管關閉而低側功率管打開時,由于寄生電感效應,兩管之間的電壓可能會出現(xiàn)負壓,而非隔離驅動耐負壓能力較弱,所以如果采用非隔離驅動,應特別注意兩管間電路設計。
第三,非隔離驅動中需要用到高電壓電平轉換器,高電平轉換到低電平時會帶來噪聲,為了濾除這些噪聲,電平轉換器中通常加入濾波器,這會增加傳播延遲,而低側驅動器就需要額外增加傳輸延遲,以匹配高側驅動器,這就既增加了成本,又使得延遲很長。
第四,非隔離驅動與控制芯片共地,不夠靈活,無法滿足現(xiàn)在許多復雜的拓撲電路要求,例如在三相PFC三電平拓撲中,要求多個輸出能夠轉換至控制公共端電平以上或以下,所以這種場景無法使用非隔離驅動。
相比非隔離驅動,隔離驅動就有很多優(yōu)勢,這里以數(shù)字隔離驅動來做說明。
在數(shù)字隔離驅動器內部,有兩塊或更多的硅片,硅片之間通過絕緣材料隔離,而控制信號通過電容型或電磁型方式穿過隔離層來傳遞,從而讓輸入與輸出處于不同硅片上,這種隔離方式能繞過硅工藝極限,可以滿足高耐壓需求,隔離驅動可以承受10kV以上的浪涌電壓。
此外,兩個輸出驅動之間,也有絕緣材料建構的隔離帶,所以與非隔離驅動要求與控制信號共地不同,隔離輸出接地點選擇更靈活,可以匹配不同電路拓撲需要。
隔離驅動與非隔離驅動的區(qū)別
隔離驅動與非隔離驅動的區(qū)別在于是否隔離了電源與信號,隔離驅動可以實現(xiàn)信號與電源之間的隔離,提高了系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。
隔離驅動和非隔離驅動都是指計算機硬件中的一種設備驅動程序。隔離驅動的輸入和輸出之間有一個隔離層,這個隔離層可以防止電氣噪聲、電壓干擾等問題,保護計算機主板和其他設備。
而非隔離驅動的輸入和輸出是直接連接的,可能存在電氣噪聲和電壓干擾等問題,可能會影響計算機的穩(wěn)定性和安全性。在一些高要求的應用場合,如醫(yī)療設備、工業(yè)自動化等,隔離驅動通常會被優(yōu)先考慮使用。
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