在電源與充電樁等高功率應(yīng)用中，通常需要專用驅(qū)動器來驅(qū)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(qū)動進行優(yōu)化，如足夠的驅(qū)動電流和驅(qū)動保護功能等，而且直接用微控制器來驅(qū)動，會導(dǎo)致功耗過大等弊端。

首先，在功率晶體管開關(guān)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(guān)損耗，降低電源效率。因此，在控制器和晶體管之間引入驅(qū)動器，可以有效放大控制器的驅(qū)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(guān)效率。其次，更大的電流可以提高開關(guān)頻率，開關(guān)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。

為什么要用隔離驅(qū)動？

給功率管增加驅(qū)動的方式有兩種，一種是非隔離驅(qū)動，一種是隔離驅(qū)動。傳統(tǒng)電路里面經(jīng)常見到非隔離驅(qū)動，在高壓應(yīng)用中一般采用半橋非隔離驅(qū)動，該驅(qū)動有高低兩個通道，低側(cè)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(cè)則除了緩沖器，還包含高電壓電平轉(zhuǎn)換器。

非隔離驅(qū)動有很多局限性。首先，非隔離驅(qū)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(qū)動器的工作電壓都不超過700伏。其次，當高側(cè)功率管關(guān)閉而低側(cè)功率管打開時，由于寄生電感效應(yīng)，兩管之間的電壓可能會出現(xiàn)負壓，而非隔離驅(qū)動耐負壓能力較弱，所以如果采用非隔離驅(qū)動，應(yīng)特別注意兩管間電路設(shè)計。第三，非隔離驅(qū)動中需要用到高電壓電平轉(zhuǎn)換器，高電平轉(zhuǎn)換到低電平時會帶來噪聲，為了濾除這些噪聲，電平轉(zhuǎn)換器中通常加入濾波器，這會增加傳播延遲，而低側(cè)驅(qū)動器就需要額外增加傳輸延遲，以匹配高側(cè)驅(qū)動器，這就既增加了成本，又使得延遲很長。第四，非隔離驅(qū)動與控制芯片共地，不夠靈活，無法滿足現(xiàn)在許多復(fù)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(zhuǎn)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(qū)動。

相比非隔離驅(qū)動，隔離驅(qū)動就有很多優(yōu)勢，這里以數(shù)字隔離驅(qū)動來做說明。在數(shù)字隔離驅(qū)動器內(nèi)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(qū)動可以承受10kV以上的浪涌電壓。此外，兩個輸出驅(qū)動之間，也有絕緣材料建構(gòu)的隔離帶，所以與非隔離驅(qū)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。

數(shù)字隔離驅(qū)動器的優(yōu)勢

光耦隔離是傳統(tǒng)的隔離方式，但與數(shù)字隔離相比，光耦隔離在性能和面積上都不占優(yōu)勢。

首先，光耦隔離方案傳輸延遲較大，通常在百納秒以上。在光耦隔離方案中，LED將柵極驅(qū)動信號轉(zhuǎn)換為光信號，再通過光電二極管等光敏電路轉(zhuǎn)換為待測電信號，根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計的不同，常見的光耦傳播延遲在幾百納秒甚至微秒級。高速光耦通過優(yōu)化內(nèi)部寄生參數(shù)、增加LED驅(qū)動強度等設(shè)計，可在幾十納秒時間內(nèi)接通和斷開，但成本會上升很多。

常規(guī)光耦方案的傳播延遲甚至不如非隔離驅(qū)動。在半橋非隔離驅(qū)動中，因為增加添加了速度較慢的高電壓電平轉(zhuǎn)換器，以及去毛刺和濾波電路，常見延遲時間可達到100納秒，因為低側(cè)要與高側(cè)匹配，所以要在低側(cè)添加一個單獨的延遲時鐘，整個系統(tǒng)傳播延遲在100納秒左右。

數(shù)字隔離驅(qū)動通過上百兆高頻載波編解碼，開關(guān)只需幾納秒甚至更短的時間。但由于內(nèi)部邏輯延遲和去毛刺濾波設(shè)計，所以延遲到幾十納秒。以納芯微NSi6602為例，隔離驅(qū)動傳輸延遲典型值是在25納秒，最高值不超過35納秒。

其次，光耦方案脈寬失真較大。因為光電檢測器中的LED開啟和關(guān)閉時間并不總是對稱，且溫度越高不對稱越嚴重，所以光耦脈寬失真比較嚴重，光耦方案脈寬失真范圍從幾十納秒到幾百納秒。