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  • MOSFET半橋驅(qū)動電路應(yīng)用實例詳解
    • 發(fā)布時間:2022-11-14 16:00:56
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    MOSFET半橋驅(qū)動電路應(yīng)用實例詳解
    半橋驅(qū)動電路應(yīng)用實例
    圖所示為直流無刷電機驅(qū)動器半橋驅(qū)動芯片上橋的自舉電壓(CH1: VBS)和驅(qū)動電壓(CH2: VGS)波形,使用的MOSFET為AOT472。
    MOSFET 半橋驅(qū)動電路
    驅(qū)動器采用調(diào)節(jié)PWM占空比的方式實現(xiàn)電機無級調(diào)速。
    通過公式1算出電容值應(yīng)為1μF左右,但在實際應(yīng)用中存在這樣的問題,即當占空比接近100%(見圖3a)時,由于占空比很大,在每次上橋關(guān)斷后Vs電壓不能完全回零,導(dǎo)致自舉電容在每個PWM周期中不能完全被充電。
    但此時用于每個PWM周期開關(guān)MOSFET的電荷并未減少,所以自舉電壓會出現(xiàn)明顯的下降(圖3a中左側(cè)圈內(nèi)部分),這將會導(dǎo)致驅(qū)動IC進入欠壓保護狀態(tài)或MOSFET提前失效。
    而當占空比為100%時,由于沒有開關(guān)電荷損耗,每個換相周期內(nèi)自舉電容的電壓并未下降很多(圖3a中右側(cè)圈內(nèi)部分)。如果選用4.7μF的電容,則測得波形如圖3(b)所示,電壓無明顯下降,因此在驅(qū)動電路設(shè)計中應(yīng)根據(jù)實際需求來選取自舉電容的容量。
    相線振鈴的產(chǎn)生及抑制
    在圖1中,線路的引線電感(LPCB+LS+LD)及引線電阻RPCB與MOSFET的輸出電容COSS形成了RLC串聯(lián)回路,如圖4(a)所示,對此回路進行分析如下:
    MOSFET 半橋驅(qū)動電路
    MOSFET 半橋驅(qū)動電路
    MOSFET 半橋驅(qū)動電路
    MOSFET 半橋驅(qū)動電路
    4. 選擇具有較小Qrr和具有較軟恢復(fù)特性的MOSFET作為續(xù)流管;
    5. 由于增加串聯(lián)回路的電阻會耗散很大的功率,所以增加串聯(lián)電阻的方法在大部分應(yīng)用中不可行。
    振鈴的危害
    MOSFET 半橋驅(qū)動電路
    圖5 振鈴干擾半橋芯片正常工作的波形
    圖5所示為一半橋驅(qū)動MOSFET工作時的波形,當上橋邏輯輸入為高時,上橋MOSFET開通,此時可以看到相線(CH2)上產(chǎn)生了振鈴,這樣的振鈴?fù)ㄟ^線路的雜散電容耦合到上橋自舉電壓,造成上橋的VBS電壓(CH4)過低而使驅(qū)動芯片進入欠壓保護(圖5中VBS的電壓已跌至5V)。
    由圖5可以看出,當Hin(CH1)有脈沖輸入時,由于振鈴的影響, MOSFET有些時候不能正常打開,原因是驅(qū)動IC進入了欠壓保護。欠壓保護并不是每個周期都會出現(xiàn),因此在測試時應(yīng)設(shè)置適當?shù)挠|發(fā)方式來捕獲這樣的不正常工作狀態(tài)。
    當然如果振鈴振幅很大,則驅(qū)動器將不能正常工作,導(dǎo)致電機不能啟動。因此自舉電容最好為能濾除高頻的陶瓷電容,即使是使用電解電容也要并聯(lián)陶瓷電容來去耦。
    最小化相線負壓
    在設(shè)計MOSFET半橋驅(qū)動電路時還應(yīng)該注意相線上的負壓對驅(qū)動芯片的危害。當上橋關(guān)斷后,線圈電流會經(jīng)過相應(yīng)的下橋續(xù)流,一般認為下橋體二極管會將相線電壓鉗位于-0.7V左右,但事實并非完全如此。
    上橋關(guān)斷前,下橋的體二極管處于反向偏置狀態(tài),當上橋突然關(guān)斷,下橋進入續(xù)流狀態(tài)時,由于下橋體二極管由反向偏置過渡到正向偏置需要電荷漂移的過程,因此體二極管并不能立即將電壓鉗位在-0.7V,而是有幾百納秒的時間電壓遠超過0.7V,因此會出現(xiàn)如圖6所示的相線負壓。線路主回路中的寄生電感及快速變化的電流(Ldi/dt)也會使相線負壓增加。
    MOSFET 半橋驅(qū)動電路
    要使相線負壓變小,可通過減緩上橋關(guān)斷的速度從而減小回路中的di/dt或減小主回路寄生電感的方式來實現(xiàn)。
    小結(jié):
    在設(shè)計半橋驅(qū)動電路時,應(yīng)注意以下方面:
    1. 選取適當?shù)淖耘e電容,確保在應(yīng)用中有足夠的自舉電壓;
    2. 選擇合適的驅(qū)動電阻,電阻過大會增加MOSFET的開關(guān)損耗,電阻過小會引起相線振鈴和相線負壓,對系統(tǒng)和驅(qū)動IC造成不良影響;
    3. 在芯片電源處使用去耦電容;
    4. 注意線路的布線,盡量減小驅(qū)動回路和主回路中的寄生電感,使di/dt對系統(tǒng)的影響降到最??;
    5. 選擇適合應(yīng)用的驅(qū)動IC,不同IC的耐壓及驅(qū)動電流等諸多參數(shù)都不一樣,所以應(yīng)根據(jù)實際應(yīng)用選擇合適的驅(qū)動IC。
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