智能MOSFET驅(qū)動(dòng)器提升數(shù)字控制電源性能的設(shè)計(jì)方案

在電源系統(tǒng)中，MOSFET驅(qū)動(dòng)器一般僅用于將PWM控制IC的輸出信號轉(zhuǎn)換為高速的大電流信號，以便以最快的速度打開和關(guān)閉MOSFET。由于驅(qū)動(dòng)器IC與MOSFET的位置相鄰，所以就需要增加智能保護(hù)功能以增強(qiáng)電源的可靠性。

　　UCD9110或UCD9501等新上市的數(shù)字電源控制器需要具備新型的智能型集成MOSFET驅(qū)動(dòng)器的支持。電源設(shè)計(jì)人員仍然對數(shù)字電源控制技術(shù)心存疑慮。他們經(jīng)常將PC的藍(lán)屏現(xiàn)象歸咎于軟件沖突。當(dāng)然，這種爭議會(huì)阻礙數(shù)字控制電源以及查找控制器故障期間功率級保護(hù)策略的推廣。這推動(dòng)了不依賴數(shù)字電源控制器信號的具備功率級內(nèi)部保護(hù)功能的MOSFET驅(qū)動(dòng)器的發(fā)展。

圖1：數(shù)字電源的典型實(shí)施方案。

　　圖1是數(shù)字控制電源的典型實(shí)施方案。圖中左側(cè)數(shù)字電源控制器通常的工作電壓為3.3V。由于控制器設(shè)計(jì)中采用了數(shù)字低電壓處理方法，出于對穩(wěn)定性及噪聲的考慮，不能直接使用該數(shù)字控制器驅(qū)動(dòng)MOSFET。控制器與功率級之間的接口由MOSFET驅(qū)動(dòng)器提供。通常由MOSFET驅(qū)動(dòng)器接收PWM或數(shù)字控制器的輸出信號，然后將其轉(zhuǎn)換為適于高效開、關(guān)MOSFET的高電流信號。如果控制器信號受到干擾或出錯(cuò)，則普通MOSFET驅(qū)動(dòng)器將無法提供任何保護(hù)功能。TI推出的UCD7K系列MOSFET驅(qū)動(dòng)器將能夠保護(hù)功率級免受因干擾驅(qū)動(dòng)信號而導(dǎo)致的重大故障。MOSFET驅(qū)動(dòng)器內(nèi)置的超高速電流感應(yīng)比較器提供了功率級保護(hù)。圖2為相關(guān)結(jié)構(gòu)圖。

圖2：UCD7500 MOSFET驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)圖。

　　集成的超快速電流限制功能

　　UCD7K MOSFET驅(qū)動(dòng)器接收到來自數(shù)字控制器的邏輯電平輸入信號，然后將其轉(zhuǎn)換為±4A的高電流MOSFET柵極驅(qū)動(dòng)信號，并連接至功率級。該驅(qū)動(dòng)器提供了具有可編程閾值及數(shù)字輸出電流限制標(biāo)記的周期性電流限制功能，主機(jī)控制器通過監(jiān)測電流標(biāo)記，可以選擇合適的算法并得出所需的限流配置參數(shù)(Profile)。當(dāng)出現(xiàn)數(shù)字系統(tǒng)不能及時(shí)針對故障做出響應(yīng)的情況時(shí)(極少發(fā)生)，該項(xiàng)快速(25ns)周期性電流限制保護(hù)功能就會(huì)關(guān)閉功率級。本地過電流保護(hù)功能的主要優(yōu)點(diǎn)是，當(dāng)數(shù)字控制器中的軟件代碼損壞或終止運(yùn)行時(shí)，UCD7K器件能夠?qū)β始壧峁┍Ｗo(hù)。如果控制器PWM輸出保持高電流，本地電流檢測電路將在出現(xiàn)過電流情況時(shí)關(guān)閉驅(qū)動(dòng)器輸出。系統(tǒng)很可能進(jìn)入重試模式，因?yàn)榇蠖鄶?shù)DSP及微控制器均配備有板上看門狗、掉電復(fù)位等監(jiān)控外設(shè)，可以在運(yùn)行不正常時(shí)重新啟動(dòng)器件。但是這些外設(shè)的反應(yīng)速度通常較慢，無法保護(hù)功率級不受損壞。UCD7K的電流限制比較器為功率級提供了所需的快速保護(hù)功能。

　　通過在電流限制(ILIM)引腳施加所需的閾值電壓，可在0.25V至1.0V的范圍內(nèi)隨意設(shè)置電流限制閾值。可以使用電阻分壓器或者數(shù)字控制器加數(shù)模轉(zhuǎn)換器來施加該電壓。在任何情況下，最大閾值電壓已在內(nèi)部限定為1.0V，而外部電壓設(shè)定超過1.0V時(shí)無效，這就為D/A轉(zhuǎn)換器損壞時(shí)提供了另一種保護(hù)功能。

　　TrueDrive輸出架構(gòu)

　　對于快速開關(guān)速度，UCD7K驅(qū)動(dòng)器的輸出使用TrueDrive輸出架構(gòu)，在開關(guān)交換的“米勒”平坦區(qū)期間，該架構(gòu)向MOSFET的柵極輸入±4A的額定電流。TrueDrive包含由雙極性管和MOSFET管并聯(lián)組成的上拉/下拉電路。

　　高電壓啟動(dòng)JFET+精確參考

　　部件號第二位數(shù)字等于或大于5(如UCD7500、UCD7601)的UCD7K系列器件內(nèi)置有一個(gè)110V啟動(dòng)JFET，可與48V通信總線電壓直接相連而無需外部電阻。JFET在啟動(dòng)期間提供電流，當(dāng)偏置繞組連接到VDD引腳得到足夠的工作電流時(shí)JFET將禁用。

　　UCD7K系列器件中還包含精度為1%、電壓為3.3V、電流為10mA的線性穩(wěn)壓器，該穩(wěn)壓器在作為參考電壓的同時(shí)又為數(shù)字控制器供電。