MOSFET半橋驅動電路應用實例分析-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2022-06-02
圖所示為直流無刷電機驅動器半橋驅動芯片上橋的自舉電壓（CH1： VBS）和驅動電壓（CH2： VGS）波形，使用的MOSFET為AOT472。
驅動器采用調節PWM占空比的方式實現電機無級調速。
通過公式1算出電容值應為1μF左右，但在實際應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，在每次上橋關斷后Vs電壓不能完全回零，導致自舉電容在每個PWM周期中不能完全被充電。
但此時用于每個PWM周期開關MOSFET的電荷并未減少，所以自舉電壓會出現明顯的下降（圖3a中左側圈內部分），這將會導致驅動IC進入欠壓保護狀態或MOSFET提前失效。
而當占空比為100%時，由于沒有開關電荷損耗，每個換相周期內自舉電容的電壓并未下降很多（圖3a中右側圈內部分）。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，因此在驅動電路設計中應根據實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串聯回路，如圖4（a）所示，對此回路進行分析如下：
4. 選擇具有較小Qrr和具有較軟恢復特性的MOSFET作為續流管；
5. 由于增加串聯回路的電阻會耗散很大的功率，所以增加串聯電阻的方法在大部分應用中不可行。
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）上產生了振鈴，這樣的振鈴通過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，原因是驅動IC進入了欠壓保護。欠壓保護并不是每個周期都會出現，因此在測試時應設置適當的觸發方式來捕獲這樣的不正常工作狀態。
當然如果振鈴振幅很大，則驅動器將不能正常工作，導致電機不能啟動。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陶瓷電容來去耦。
在設計MOSFET半橋驅動電路時還應該注意相線上的負壓對驅動芯片的危害。當上橋關斷后，線圈電流會經過相應的下橋續流，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。
上橋關斷前，下橋的體二極管處于反向偏置狀態，當上橋突然關斷，下橋進入續流狀態時，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。
要使相線負壓變小，可通過減緩上橋關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。
小結：
在設計半橋驅動電路時，應注意以下方面：
1. 選取適當的自舉電容，確保在應用中有足夠的自舉電壓；
2. 選擇合適的驅動電阻，電阻過大會增加MOSFET的開關損耗，電阻過小會引起相線振鈴和相線負壓，對系統和驅動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，盡量減小驅動回路和主回路中的寄生電感，使di/dt對系統的影響降到最小；
5. 選擇適合應用的驅動IC，不同IC的耐壓及驅動電流等諸多參數都不一樣，所以應根據實際應用選擇合適的驅動IC。
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