使用新的电机驱动器替换老化的光耦合器栅极驱动器

电动机用于电梯、食品加工设备、工厂自动化、机器人、起重机……不胜枚举。交流感应电机在此类应用中很常见，并且总是使用功率级中用于驱动它们的绝缘栅双极晶体管 (IGBT)。典型的总线电压为 200 V DC至 1,000 V DC。IGBT 进行电子换向以实现交流感应电机所需的正弦电流。

在设计电机驱动器时，保护操作重型机械的人员免受电击是最重要的，其次是效率、尺寸和成本。尽管 IGBT 可以处理驱动电机所需的高电压和电流，但它们不提供安全隔离以防止电击。在系统中提供安全隔离的重要任务委托给驱动 IGBT 的栅极驱动器。

光电隔离栅极驱动器已成功用于驱动 IGBT 并提供电流安全隔离。光电隔离栅极驱动器的输入级包含单个铝砷化镓 (AlGaAs) LED。输出级由光电检测器和放大器组成，然后是上拉和下拉晶体管以驱动输出。最终封装中的一层厚透明硅胶将输入和输出级分开，提供安全隔离。电流驱动输入级的简单性、良好的抗噪性和安全隔离是电机驱动制造商在其几乎所有设计中采用光隔离栅极驱动器的主要原因。

然而，现代系统不断增长的需求已经超出了光隔离技术的限制。例如，共模瞬变抗扰度 (CMTI) 在总线电压和电流都很大的高功率系统中起着至关重要的作用。IGBT 需要更快地开关以减少开关损耗并降低功耗。碳化硅 (SiC) 场效应晶体管 (FET) 在此类应用中越来越受欢迎，因为它们的开关速度比 IGBT 快。无论您使用 IGBT 还是 SiC FET 作为功率 FET，开关速度越快意味着更高的瞬态电压 (dv/dt) 和更大的共模瞬态，这会耦合回栅极驱动器输入，破坏功率 FET 的栅极驱动信号.

光电隔离式栅极驱动器的 CMTI 额定值仅为 35 V/ns 至 50 V/ns，这限制了功率 FET 的开关速度。这会导致功率 FET 中耗散更多功率、效率更低、尺寸更大、系统成本更高。光电隔离栅极驱动器（采用带宽引线的六引脚小外形封装）的额定工作电压为 1,414 V PK。但是光电制造商没有提供任何关于寿命的指导。此外，最高允许工作温度仅为 105°C (Tj = 125°C) 和 LED 老化效应进一步限制了可使用光电隔离栅极驱动器的应用，从而使驱动器制造商寻找替代解决方案。

UCC23513 是一款 3A、5kV RMS光电兼容单通道隔离式栅极驱动器，采用六引脚封装，采用电容隔离技术。TI 专有的仿真二极管 (e-diode) 技术形成了电流驱动输入级，与 LED 不同，它不会老化。高压安全隔离可以通过使用带有高纯度二氧化硅 (SiO 2 ) 电介质的电容器来实现，该电介质是半导体工艺的一部分，与制造金属氧化物半导体 FET 的工艺相同。

由于半导体工艺具有非常严格的公差，SiO 2电介质的纯度和厚度得到极好的控制。在 1,060 V RMS (1,500 V PK )的工作电压下，器件寿命可保证超过 50 年，并且 具有光隔离无法实现的极低器件间差异。

UCC23513 的 CMTI 额定值 >150 V/ns，可以承受非常高的 dv/dt，非常适合需要非常快速地切换 IGBT 以降低功率损耗和实现高系统效率的应用。UCC23513 的最高工作温度为 125°C (Tj = 150°C)，可用于环境温度较高的系统。其他优势包括更低的传播延迟、更低的脉宽失真和更低的设备到设备偏差，使驱动器制造商能够在提高系统效率的同时提高脉宽调制频率和降低失真。

UCC23513 具有更长的使用寿命、更高的 CMTI 和更宽的温度范围，是传统光电隔离栅极驱动器的直接升级。