MOSFET半橋驅(qū)動電路應(yīng)用實(shí)例分析-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2022-06-02
圖所示為直流無刷電機(jī)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。
驅(qū)動器采用調(diào)節(jié)PWM占空比的方式實(shí)現(xiàn)電機(jī)無級調(diào)速。
通過公式1算出電容值應(yīng)為1μF左右，但在實(shí)際應(yīng)用中存在這樣的問題，即當(dāng)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(jìn)入欠壓保護(hù)狀態(tài)或MOSFET提前失效。
而當(dāng)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(shí)際需求來選取自舉電容的容量。
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(jìn)行分析如下：
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。
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(dāng)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(jìn)入欠壓保護(hù)（圖5中VBS的電壓已跌至5V）。
由圖5可以看出，當(dāng)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(jìn)入了欠壓保護(hù)。欠壓保護(hù)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(dāng)?shù)挠|發(fā)方式來捕獲這樣的不正常工作狀態(tài)。
當(dāng)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(jī)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。
在設(shè)計MOSFET半橋驅(qū)動電路時還應(yīng)該注意相線上的負(fù)壓對驅(qū)動芯片的危害。當(dāng)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(rèn)為下橋體二極管會將相線電壓鉗位于-0.7V左右，但事實(shí)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(dāng)上橋突然關(guān)斷，下橋進(jìn)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(yuǎn)超過0.7V，因此會出現(xiàn)如圖6所示的相線負(fù)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(fù)壓增加。
要使相線負(fù)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(shí)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(dāng)?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(fù)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)的影響降到最小；
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(shí)際應(yīng)用選擇合適的驅(qū)動IC。
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