2 使用 BJT 图腾柱级进行电流升压

最常见的电流升压方法是使用 NPN-PNP 晶体管对。集成驱动器中的栅极驱动输出用作该晶体管对的基极驱动装置。图 2-1 显示了使用隔离式栅极驱动器 ISO5852S 的此类电流升压电路的原理图。

来自 MCU 的 PWM 输入的信号隔离由驱动器 IC 本身提供。栅极驱动器 IC 提供 5.7kV_RMS 的隔离，并可分别提供 2.5A 和 5A 的拉电流和灌电流。电源隔离是通过围绕 LM5180 器件构建的隔离式反激电源实现的，该器件是一种集成了 100V MOSFET 的初级侧调整反激式转换器。对于输入侧到输出侧隔离，使用 Wurth Elektronik 的反激式变压器（器件型号：750344600）。使用该控制器将使该栅极驱动器电路与 24V、15V 或 12V 辅助电源兼容。ISO5852S 的初级 (MCU) 侧可以通过 MCU 电源本身供电（通过取消装配 U3 并将 MCU 电源连接到 3V3_MCU 输入），也可以经由 TLV70450 LDO 从辅助电源产生的 5V 电源供电。反激式功率级生成的栅极驱动电源同时适用于 IGBT 和 SiC MOSFET，因为它具有 +20V 和 -6V 的双路输出。RST 和 PWM 信号来自 MCU，其中 PWM 是驱动信号，而 RST（低电平有效）用于在清除 DESAT 引脚检测到电源开关短路导致的故障事件后重置栅极驱动器。PWM 输入端提供约 10ns 的噪声滤波。FLT 和 RDY 信号是返回到 MCU 的状态指示信号，其中 FLT 通过低电平有效指示栅极驱动器检测到的故障情况，而 RDY 通过高电平有效指示驱动器已准备好接收 PWM 输入。

在输出端，NPN 和 PNP 图腾柱级进行电流放大。用于电流放大的 BJT 为 PHPT60410NYX 和 PHPT60410PYX，峰值电流额定值为 20A。由于在有源区域中使用晶体管，驱动输出电压将比电源轨电压低 0.7V–0.8V。对于这样高的驱动电压，这不是一个重大问题。此外，在外部晶体管的基极和发射极之间添加一个电阻器将使输出电压达到电源轨电压。ISO5852S 器件具有内部米勒钳位，可提供典型值为 2.5A 的灌电流。该引脚还可以配置为驱动外部钳位的外部 PNP 晶体管。通过使用外部钳位并将其放在非常靠近电源开关栅极的位置，可以提高有效性。-6V 的负偏置足够大，因此不一定要使用米勒钳位，但可以加入它以作为额外的安全措施，也可用于证实米勒钳位输出的电流升压。D4 中的二极管防止输出晶体管在瞬态情况下出现过压。

在此栅极驱动器中保留 ISO5852S 中的 DESAT 过流保护功能，而不对建议的检测电路进行任何改动。然而，由于输出驱动上存在电流升压，如果不对该电路进行一些修改，慢速关闭 DESAT 保护功能可能无法正常发挥作用。R16 – C20 网络将确保在所需的关闭时间内，DESAT 事件期间的驱动电流将从 Q2 的基极转移。可以使用Equation1 和Equation2 计算这些元件的值：

其中

• I 是内部电流源的值，为 130mA
• T_off 是所需的关闭时间
• V_P 是正驱动电压
• V_N 是负驱动电压

可以使用Equation2 中的不等式估算 R16 的值：