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、電dian隔ge離li安an全quan要yao求qiu和he大da型xing可ke再zai生sheng能neng源yuan轉zhuan換huan係xi統tong的de成cheng本ben問wen題ti。這zhe意yi味wei著zhe
，係xi統tong可ke靠kao性xing始shi終zhong都dou是shi設she計ji優you先xian考kao慮lv因yin素su，其qi次ci是shi效xiao率lv問wen題ti。因yin此ci，在zai所suo有you層ceng麵mian(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
、一(yi)個(ge)微(wei)控(kong)製(zhi)器(qi)或(huo)者(zhe)一(yi)個(ge)專(zhuan)用(yong)數(shu)字(zi)電(dian)源(yuan)控(kong)製(zhi)器(qi)來(lai)管(guan)理(li)。因(yin)此(ci)
，它(ta)們(men)常(chang)常(chang)會(hui)要(yao)求(qiu)同(tong)時(shi)將(jiang)電(dian)和(he)信(xin)號(hao)都(dou)隔(ge)離(li)於(yu)功(gong)率(lv)級(ji)的(de)高(gao)噪(zao)聲(sheng)開(kai)關(guan)環(huan)境(jing)。即(ji)使(shi)在(zai)穩(wen)態(tai)開(kai)關(guan)周(zhou)期(qi)內(nei)，電(dian)路(lu)的(de)電(dian)壓(ya)和(he)電(dian)流(liu)也(ye)會(hui)劇(ju)烈(lie)變(bian)化(hua)，形(xing)成(cheng)明(ming)顯(xian)的(de)接(jie)地(di)跳(tiao)動(dong)。


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)dianliu。tabangzhuzuidahuaxiaolv
，bingbaochikaiguanshijiankongzhi，congermanzuzaoshenghedianciganraoyaoqiu。lingwai，jishishifenlishuchu，danzhajiqudongqiyezaishuchujibaochizuixiaodiangan
，fangzhichuxianguoduozhenlingheguochong。liyongyizhongfeiduichengqudong(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yuIGBT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/dicezhajiqudongqi，tadelinghuodugenggao。zhezhonglinghuoxingkebangzhuzuixiaohuaqudongqihedianyuankaiguanzhijiandediangan

，bingrangshejirenyuannenggougenghaodikongzhikaiguanzhaji。tu2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)、滿man足zu安an全quan與yu可ke靠kao性xing要yao求qiu以yi及ji完wan整zheng連lian接jie係xi統tong的de總zong體ti複fu雜za程cheng度du。表biao麵mian看kan起qi來lai，盡jin管guan電dian源yuan開kai關guan的de柵zha極ji驅qu動dong器qi隻zhi是shi總zong係xi統tong控kong製zhi和he電dian力li生sheng產chan流liu程cheng中zhong一yi個ge小xiao小xiao的de部bu件jian，但dan它ta們men對dui整zheng體ti設she計ji性xing能neng卻que十shi分fen的de重zhong要yao。

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