MOSFET驱动中自举电路的可靠性设计

日 驱动中自举电路的可靠性设计 乐创自动化技术有限公司郭夏 四川大学制造科学与工程学院宋莹君张春雷 摘要本文介绍 下驱动电路中自举电路的工作原理 , 自举器件主要参数 的选择和自举电路设计时需要注意的一些问题 , 重在提高自举电路的可靠性 。 关键词旧自举电容自举二极管驱动 引言 推出的一系列栅极驱动 , 可外接很少的分立器件搭接出自 举电路 , 在电机控制 、 伺服驱动 、 微型 转换器驱动等方面得到广泛应用 。 这 些器件集成了负电压免疫电路 , 提高 了系统耐用性和可靠性 。 有些器件除 了有过流 、 过温检测输入等功能 , 还具 有欠压锁定保护 、 集成死区时间保护 、 击穿保护 、 关断输入 、 错误报告等功 能 , 还能兼容输入逻辑电平 。 器件介绍 是一种双通道高压 、 高速电 压型功率开关器件栅极驱动器 , 具有自 举浮动电源 , 只用一路电源可同时驱动 上 、 下桥臂 , 该芯片体积小 、 集成度高 、 响应快典型 。 、 偏 值电压高可达 、 工作频率高可 达 、 驱动能力强图腾柱输出 峰值电流 、 内设欠压封锁电路 。 特点和自举电路设计 当功率或者用做高 压侧开 关时 , 其驱动技术有很多种 , 有 浮动栅极驱动电源法 、 脉冲变压器法 、 充电泵法 、 自举法和载波驱动法 。 其中 自举法电路简单 , 工作频率可由几十 赫兹到几百赫兹 , 功耗也很低 , 因而 得到广泛的使用川 。 下面 以公司生产 的驱动为例 , 介绍自举电路 的工作原理和设计 。 高端侧悬浮驱动的自举原理 驱动半桥的电路如 图 所示 , 其 中 , 分别为自举电容 和自举二极管 , 良为 的旁路电容 。 自举电容的充电发生在下管打 开之后 , 假定关断 , 打开期间 已经充到足够的电压 , 当为高电 平 , 为低电平时 , 开通 , 对关 断 , 通过 , 和栅极和源极形成 回路放电 , 这时就相当于一个电压 源 , 从而使导通 。 而此时为低电 平 , 关断 , 刀导通 , 这时聚集在 栅极和源极的电荷通过迅速对地放 电 , 由于存在死区时间使得在开 通之前迅速关断 。 当为低电平时如 图 , 关 日 卜卜 阴阴 的的 二二二 , , 气气 日日 卜卜 , 二二 卜叫叫叫 卜卜 图电容放电图电容充电 图 典型目举电路应用 断 , 材导通 , 这时聚集在栅极和源 极的电荷通过 迅速放 电使关 断 。 经过一个死区时 间为高电 平 少导通 必关断 , 使经过材 和使口的栅极和源极形成回路 , 导通 , 在此同时经自举二极 管 , 和形成回路 , 对进行充 电 , 快速为补充能量 , 便如此循 环工作在充 电放 电状态 。 小值 , 工程上实际应用 的时候还要在此基础上 乘以 一 倍的系数 , 因为过低的容值可能引 起过冲 , 导致的损坏 。 自举电容只在高端器件 关断 , 。被拉到地时才 被充电 , 因此低端器件 开通时间或高端器件 关断时间应足够长 , 以保证被高端驱 动电路吸收掉的电容上的电荷被完全 补充 。 若实际的工作频率高 , 自举电容 应该选择小一些 , 自举电容最好是担电 容 , 它有很低的 , 一般取 , 或 者更大且耐压值大于为好 。 日布局设计 实际应用中栅极驱动电路的布线 也有严格要求 , 如何处理好由于引脚连 接和引线上产生的电感 , 是抗干扰 技术的关键 。 可从以下几个方面考虑二 使用宽线直接连接两个器件 , 不 要有环路和远离 降低器件安装高度 , 以减小管脚 电感影响 如图所示连接和 , 同时 考虑功率地和逻辑地的单点连接 自举二极管的选择 自举二极管也是非常重要的自举 器件 , 它必须能阻断直流干线上的高 压 , 这样才能保护器件不受损坏 。 二极管承受的电流是栅极电荷与开关 频率之积 。 为了减少电荷损失 , 应选择 耐高压的反向漏电流小的超快恢复二 极管 。 图旁路杂散电感的优化 自举电路器件的选择 如下图所示 , 自举电容和自 举二极管在电路中占有很重要的 作用 , 其参数的选取直接关系到整个 电路的性能 。 为电源的退偶电 容 , 这个 电容也 是电源所必须的 , 其 值选取为自举电容的倍左右 。 驱动电路和管脚之间的电压 差给集成电路高端驱动电路提供电 源 。 该电源电压必须在 一 之间 , 以确保驱动集成 电路能够完全地驱 动栅极器件 。 驱动距离功率器件越近越好 , 自举电容和旁路 电容尽 量靠近驱动 。 自举电路其他器件的选择 图中的电阻为栅极限流电阻 , 一般为十几到几十欧姆 , 选择适当的 电阻值对的动态特性将产生 极大的影 响 。 数值较小的栅极电阻使 栅极电容充放电较快 , 从而减小开关 时间和开关损耗 。 同时较小的栅极电 阻增强了器件的耐固性 , 避免带 来的误导通 , 但它只能承受较小的栅 极噪声 , 并导致栅极 一 发射极之间电 容同驱动电路 引线的寄生电感产生振 荡问题 , 另外较小 的栅极 电阻还使得 开通变大 , 会导致较高 的 , 增加了反向恢复二极管的浪 涌电压 。 对 于不同电流容量的 , 其栅极限流电阻有不同的取 值 , 一般是功率越大的管子栅极电阻 越小 。 结语 综上所 述自举 电容和二极管是 在具体应用时需要严格选择和 计算的元器件 , 应根据相应的规则进 行计算分析 。 更重 要的是在实际电路 中要 对各种器件参数进行适当的调 整 , 并在布局时综合考虑各种抗干 扰措施 , 提高系统可靠性 , 最终使电路 处于最佳工作状态 。 自举电容的选择 自举电容最小值计算 。 。 十 州哩 十 。 十 鱼丝上 之 玖 一竹一吃一珠 其中为自举二极管正 向压降 , 为低端