门级驱动器设计

这种情况有最高的 VBS. 为减小欠压电压的风险, 自举电容应该按照 ILOAD<0 的情况选取. b.自举电阻 电阻 (Rboot)和自举二极管串联 (见图 1)以限制自举电容刚开始充电时的电流 .自举电阻的选取严 格和 VBS 的时间常数相关.给自举电容充电的最小开通时间必须被考虑. c.自举电容 对于高 THON ，会使用坦电解电容电容, 它的 ESR 必须纳入考虑. 此寄生电阻和 Rboot 形成分压关 系，使第一次给 VBS 充电时产生电压阶跃 . 电压阶跃和相应的速度 (dVBS/dt) 必须加以限制.作为 通常的准则, ESR 必须遵循以下公式:
∆ VBS ≤ VCC − VF − VGE min − VCEon
在此条件下:
VGE min > VBSUV −
VCC 芯片供电电压， VF 是自举二极管正向导通压降, VCEon 下管导通电压，VBSUV- 高端供电门限。 如下我们考虑使得 VBS 下降的因素: − − − − − − − − − IGBT 开启所需门极电荷 (QG); IGBT 栅源漏电流 (ILK_GE); 浮动静态电流 (IQBS); 浮动漏电流 (ILK) 自举二极管漏电流 (ILK_diode); 自举二极管前向导通时的压降(IDS- ) 内部高压切换所需电荷 (QLS); 自举电容漏电流 (ILK_CAP); 上管导通时间(THON).
这种情况下 VBS 最低. 这代表自举电容选取最糟的情况. 当 IGBT 关断时 Vs 点被负载电流抬高， 直到上管寄生二极管再次导通。 ILOAD = 0; 下管未开通，VCE 可忽略
VBS = VCC − VF
ILOAD > 0; 负载电流从寄生二极管流过
VBS = VCC − VF + VFP
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设计指南
使用高压门极驱动芯片
ILK_CAP 仅在使用电解电容时出现，而在使用其他类型电容时可以忽略 .强烈推荐至少使用一个低 ESR 的陶瓷电容 (电解电容和陶瓷电容并联是很有效的方案). 那么:
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自举电路
自举供电由一个二极管和一个电容组成，连接如图 1.
bootstrap resistor
bwk.baidu.comotstrap diode DC+
Rboot
VF
VCC
QTOT = QG + QLS + (ILK _ GE + IQBS + ILK + ILK _ DIODE + ILK _ CAP + IDS − ) ⋅ THON
自举电容最小容值是:
CBOOT min = QTOT ∆ VBS
实例如下: a)使用 25A @ 125C IGBT (IRGP30B120KD)和半桥驱动芯片(IR2214): • • • • • • • • • And: • • • • VCC = 15 V VF = 1 V VCEonmax = 3.1 V VGEmin = 10.5 V IQBS = 800 µA ILK = 50 µA QLS = 20 nC; QG = 160 nC ILK_GE = 100 nA ILK_DIODE = 100 µA ILK_CAP = 0 IDS- = 150 µA THON = 100 µs. (数据表 IR2214); (数据表 IR2214); (数据表 IRGP30B120KD); (数据表 IRGP30B120KD); (反向恢复时间<100 ns); (陶瓷电容忽略此项); (数据表 IR2214);
VB
VBS
bootstrap capacitor
VGE ILOAD
VCC
VS
motor
VCEon VFP
DC-
图 1: 自举供电示意图 这种方案的优势是简单且成本低，但是在占空比和导通时间方面会有局限，因为要求对自举电 容反复充电放电。 正确的电容选择可以很大程度减小这种局限。
自举电容选择
选择自举电容, 首先要计算在上管导通时的最小电压降 (ΔVBS)。 若 VGEmin 是维持上管开通的最低门极电压，那么 BS 的压降应该满足以下条件:
最大电压压降 ΔVBS 是
∆ VBS ≤ VCC − VF − VGE min − VCEon = 15 V − 1V − 10.5 V − 3.1V = 0.4 V
自举电容容值满足以下条件:
CBOOT ≥ 290 nC = 725 nF 0 .4 V
注释: 1. 以上 VCC 选取为 15V. 一些 IGBT 需要更高的供电，那么就调整公式中的 Vcc. 2. 这种自举电容的选取没有考虑占空比或选取没有考虑 PWM 占空比或电流频率 .仅仅 考虑了上管浮动开通一次时所需要的门极电荷. 若考虑了 PWM 占空比 , 自举电路选取时 PWM 调制模式(6 步，12 步, 正弦波) 须加 以考虑.
设计指南
使用高压门极驱动芯片
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使用高压门极驱动芯片
目录 简介........................................................................................................................................... 1 自举电路.................................................................................................................................... 2 自举电容选择........................................................................................................................ 2 考虑自举电路........................................................................................................................ 3 门极电阻.................................................................................................................................... 4 门极开通电阻选取................................................................................................................. 5 开关时间 ........................................................................................................................... 5 输出电压 斜率................................................................................................................... 6 门极关断电阻选取................................................................................................................. 6 寄生参数影响............................................................................................................................ 7 COM 低于 Ground (Vss-COM).............................................................................................. 8 VS 低于 Ground (Vs-COM/VSS)........................................................................................ 11 Vs 和 Vout 间电阻............................................................................................................ 11 Vs 所需钳位二极管........................................................................................................... 13 PCB 布板指南......................................................................................................................... 14 高低电压间距....................................................................................................................... 14 铺地..................................................................................................................................... 14 门极驱动回路....................................................................................................................... 14 供电电容.............................................................................................................................. 15 走线和元件布放实例............................................................................................................ 15
简介
本文主要目的是祥述在应用高压门极驱动芯片驱动半桥时所可能遇到的最常见的问题及对策， 应用实例是电机驱动。 下面的章节介绍：元件选取，如自举电路和门极开通、关断电阻等 ;半桥电路中的寄生元件及其 影响，推荐了一些可能的解决方案。最后介绍了布线指南。 所有的推荐方案，除非特别指出，都是针对 IR 典型的自举供电式门极驱动芯片的。
考虑自举电路
a.电压纹波 三种情况可能发生在自举电容充电的过程中 (见图 1):
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设计指南
使用高压门极驱动芯片
ILOAD < 0; 负载电流从下管流过，饱和压降为 VCEon
VBS = VCC − VF − VCEon