2 栅极驱动变压器的工作原理

配置栅极驱动变压器的方法有许多，但最常见的是图 2-1 所示的推挽式类型。

图 2-1 用于驱动半桥的推挽式栅极驱动电路示例原理图

在此配置中，双通道低侧驱动器与脉冲变压器一同使用，用于驱动高压半桥。图 2-2 中分开展示了 OUTA 和 OUTB 的内部功能。

图 2-2 展示推挽式拓扑中流经驱动器输出级的电流的简化原理图

通过将 OUTA 切换为高电平以及将 OUTB 切换为低电平（反之亦然），便会在脉冲变压器的初级侧产生 ±V­_DD 的方波。请注意图 2-1 中的点表示法；当初级侧上电压为正时，高侧支路上产生相应的正电压，低侧支路上产生负电压。初级侧上的电压为负时，低侧支路上会产生正电压，而高侧支路上会产生负电压。

次级侧会在 ±V­_DD（乘以匝数比）之间切换。负电压之所以会成为一个问题，有两个原因。首先，将 C_GS 电容拉至低于地电平会浪费电能，因此栅极驱动 IC 和变压器中的功率耗散高于关闭开关所需的功率耗散。其次，该电压有时会超出开关允许的电压等级。这种负偏置在某些情况下会有用，但在许多应用中不需要负偏置。

图 2-1 中所示的 PNP 关断电路可解决负电压问题。二极管（D1 和 D2）允许正向导通，以便在 V_DD 为高电平时对 V_GS 充电。当 V_DD 为低电平时，D1 和 D2 会阻止反向导通。V_DD 下降后，PNP BJT（Q1 和 Q2）会导通并灌入电流，以拉低 V_GS 并关断 FET。由于 PNP BJT 在 VDD 降为 0 时关断，但仅在 VDD 变为高电平时栅极才会变为高电平，因此这种本地关断实现方案也支持增加死区时间。

图 2-3 带初级电流、初级电压以及 HO 和 LO 彩色标签的推挽式栅极驱动电路原理图

图 2-4 示波器捕捉到的相应波形

初级侧上的电压从 ±12V 开始切换，并增加了一些死区时间，在这段时间内 OUTA 和 OUTB 均关闭。电流从初级转移到次级，从而同时导通高侧和低侧 FET。由于存在局部关断电路，因此在关断期间，通过变压器的电流传输非常少。本地关断电路还允许对开通和关断时间进行单独调节。在该示例中，上升时间约为 580ns，下降时间约为 200ns。可调上升和下降时间可实现更好的压摆率控制并减少 EMI。改变 Rg 可调节开通时间，改变 RB 可调节关断时间。

总体而言，图 2-1 中所示的电路允许仅使用低侧栅极驱动器 IC、变压器和一些额外元件来控制高压半桥。无需电平转换、隔离器 IC 或辅助电源，因为栅极驱动变压器可以同时满足所有这些角色。