MOSFET半橋驅動(dòng)電路應用實(shí)例分析-KIA MOS管
信息來(lái)源：本站 日期：2022-06-02
圖所示為直流無(wú)刷電機驅動(dòng)器半橋驅動(dòng)芯片上橋的自舉電壓（CH1： VBS）和驅動(dòng)電壓（CH2： VGS）波形，使用的MOSFET為AOT472。
驅動(dòng)器采用調節PWM占空比的方式實(shí)現電機無(wú)級調速。
通過(guò)公式1算出電容值應為1μF左右，但在實(shí)際應用中存在這樣的問(wèn)題，即當占空比接近100%（見(jiàn)圖3a）時(shí)，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，導致自舉電容在每個(gè)PWM周期中不能完全被充電。
但此時(shí)用于每個(gè)PWM周期開(kāi)關(guān)MOSFET的電荷并未減少，所以自舉電壓會(huì )出現明顯的下降（圖3a中左側圈內部分），這將會(huì )導致驅動(dòng)IC進(jìn)入欠壓保護狀態(tài)或MOSFET提前失效。
而當占空比為100%時(shí)，由于沒(méi)有開(kāi)關(guān)電荷損耗，每個(gè)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(wú)明顯下降，因此在驅動(dòng)電路設計中應根據實(shí)際需求來(lái)選取自舉電容的容量。
在圖1中，線(xiàn)路的引線(xiàn)電感（LPCB+LS+LD）及引線(xiàn)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和具有較軟恢復特性的MOSFET作為續流管；
5. 由于增加串聯(lián)回路的電阻會(huì )耗散很大的功率，所以增加串聯(lián)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(dòng)MOSFET工作時(shí)的波形，當上橋邏輯輸入為高時(shí)，上橋MOSFET開(kāi)通，此時(shí)可以看到相線(xiàn)（CH2）上產(chǎn)生了振鈴，這樣的振鈴通過(guò)線(xiàn)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(guò)低而使驅動(dòng)芯片進(jìn)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(shí)，由于振鈴的影響， MOSFET有些時(shí)候不能正常打開(kāi)，原因是驅動(dòng)IC進(jìn)入了欠壓保護。欠壓保護并不是每個(gè)周期都會(huì )出現，因此在測試時(shí)應設置適當的觸發(fā)方式來(lái)捕獲這樣的不正常工作狀態(tài)。
當然如果振鈴振幅很大，則驅動(dòng)器將不能正常工作，導致電機不能啟動(dòng)。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(lái)去耦。
在設計MOSFET半橋驅動(dòng)電路時(shí)還應該注意相線(xiàn)上的負壓對驅動(dòng)芯片的危害。當上橋關(guān)斷后，線(xiàn)圈電流會(huì )經(jīng)過(guò)相應的下橋續流，一般認為下橋體二極管會(huì )將相線(xiàn)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)，當上橋突然關(guān)斷，下橋進(jìn)入續流狀態(tài)時(shí)，由于下橋體二極管由反向偏置過(guò)渡到正向偏置需要電荷漂移的過(guò)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(shí)間電壓遠超過(guò)0.7V，因此會(huì )出現如圖6所示的相線(xiàn)負壓。線(xiàn)路主回路中的寄生電感及快速變化的電流（Ldi/dt）也會(huì )使相線(xiàn)負壓增加。
要使相線(xiàn)負壓變小，可通過(guò)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(lái)實(shí)現。
小結：
在設計半橋驅動(dòng)電路時(shí)，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(dòng)電阻，電阻過(guò)大會(huì )增加MOSFET的開(kāi)關(guān)損耗，電阻過(guò)小會(huì )引起相線(xiàn)振鈴和相線(xiàn)負壓，對系統和驅動(dòng)IC造成不良影響；
3. 在芯片電源處使用去耦電容；
4. 注意線(xiàn)路的布線(xiàn)，盡量減小驅動(dòng)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(dòng)IC，不同IC的耐壓及驅動(dòng)電流等諸多參數都不一樣，所以應根據實(shí)際應用選擇合適的驅動(dòng)IC。
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