如圖5中電路所示，數(shù)字隔離器消除了光耦合器中使用的LED以及與之相關(guān)的老化問題，而且功耗更低、可靠性更高。輸入與輸出以及輸出與輸出之間提供電流隔離，以消除上橋臂-下橋臂的交互作用。輸出驅(qū)動器通過低輸出阻抗降低導(dǎo)通損耗，同時通過快速開關(guān)時間降低開關(guān)損耗。與光耦合器設(shè)計不同，上橋臂和下橋臂數(shù)字隔離器是輸出匹配型集成電路，具有更高的效率。高壓柵極驅(qū)動器集成電路(圖1)會增加電平轉(zhuǎn)換電路中的傳播延遲，因而不能像數(shù)字隔離器一樣實現(xiàn)通道間時序特性的匹配。在數(shù)字隔離器中集成柵極驅(qū)動器，可使解決方案的尺寸降至單封裝級，從而大幅減小解決方案尺寸。

共模瞬變抗擾度

在針對高壓電源的許多半橋柵極驅(qū)動器應(yīng)用中，開關(guān)元件中可能發(fā)生極快的瞬變。在這些應(yīng)用中，如果較大的dV/dt可能在隔離柵上發(fā)生容性耦合，則有可能在隔離柵上導(dǎo)致邏輯瞬變錯誤。在隔離式半橋驅(qū)動器應(yīng)用中，這種情況可能在交叉?zhèn)鲗?dǎo)過程中同時打開兩個開關(guān)，因而可能損壞開關(guān)。隔離柵上的任何寄生電容都可能成為共模瞬變的耦合路徑。光耦合器需要以敏感度極高的接收器來檢測隔離柵上傳遞的少量光，而且較大的共模瞬變可能擾亂其輸出。可以在LED與接收器之間添加一個屏蔽，以改善光耦合器對共模瞬變電壓的敏感度，大多數(shù)光耦合器柵極驅(qū)動器正是這樣做成的。該屏蔽可以提高共模瞬變抗擾度(CMTI)，從標(biāo)準(zhǔn)光耦合器不到10 kV/μs的額定值提升至光耦合器柵極驅(qū)動器的25 kV/μs。雖然25 kV/μs CMTI對許多柵極驅(qū)動器應(yīng)用是足夠的，但是對于瞬變電壓較大的電源以及太陽能逆變器應(yīng)用來說，可能需要50 kV/μs或更大的CMTI。

圖6. 基于電容的數(shù)字隔離器(CMTI

數(shù)字隔離器可以向其接收器提供更高的信號電平，并能承受極高的共模瞬變而不會導(dǎo)致數(shù)據(jù)錯誤。基于變壓器的隔離器是四端器件，可對信號提供低差分阻抗，對噪聲提供高共模阻抗，從而實現(xiàn)優(yōu)秀的CMTI。其它數(shù)字隔離器可能使用容性耦合來產(chǎn)生變化的電場，實現(xiàn)跨越隔離柵的數(shù)據(jù)傳輸。與基于變壓器的隔離器不同，基于電容的隔離器是雙端器件，噪聲和信號共用同一傳輸路徑。對于雙端器件，信號頻率需要遠(yuǎn)高于預(yù)期的噪聲頻率，以便隔離柵電容對信號提供低阻抗，而對噪聲提供高阻抗。當(dāng)共模噪聲電平大到足以淹沒信號時，則可能擾亂隔離器輸出端的數(shù)據(jù)。圖6所示為基于電容的隔離器中發(fā)生數(shù)據(jù)擾亂示例，其中，輸出信號(通道4)在僅10 kV/μs的共模瞬變過程中下降了6 ns，造成毛刺。注意，圖中數(shù)據(jù)是在基于電容的隔離器的擾亂閾值下采集的；如果瞬變較大，擾亂可能持續(xù)更長時間，從而使MOSFET開關(guān)變得不穩(wěn)定。相比之下，基于變壓器的數(shù)字隔離器能夠承受超過100 kV/μs的共模瞬變，而輸出端不會出現(xiàn)數(shù)據(jù)擾亂問題(見圖7)。

圖7. 基于變壓器的數(shù)字隔離器ADuM140x(CMTI為100 kV/μs)

總而言之，對于隔離式半橋柵極驅(qū)動器應(yīng)用，事實表明，相對于基于光耦合器和脈沖變壓器的設(shè)計，基于變壓器的數(shù)字隔離器具有眾多優(yōu)勢。通過集成極大降低了解決方案尺寸和設(shè)計復(fù)雜度，時序性能大大改善。通過電流隔離輸出驅(qū)動器和更高的CMTI進(jìn)一步提高了魯棒性。