驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)（二）——驅(qū)動(dòng)器的輸入側(cè)探究

驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)是功率半導(dǎo)體應(yīng)用的難點(diǎn)，涉及到功率半導(dǎo)體的動(dòng)態(tài)過(guò)程控制及器件的保護(hù)，實(shí)踐性很強(qiáng)。為了方便實(shí)現(xiàn)可靠的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)，英飛凌的驅(qū)動(dòng)集成電路自帶了一些重要的功能，本系列文章以閱讀雜談的方式講詳細(xì)講解如何正確理解和應(yīng)用這些功能，也建議讀者閱讀和收藏文章中推薦的資料以作參考。

驅(qū)動(dòng)器的輸入側(cè)

一個(gè)可靠的功率半導(dǎo)體驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)要從輸入側(cè)開(kāi)始，輸入端可能會(huì)受到干擾，控制電路也會(huì)發(fā)生邏輯錯(cuò)誤，可能的誤觸發(fā)會(huì)造成系統(tǒng)輸出混亂，甚至損壞器件。

一個(gè)典型的無(wú)磁芯變壓器耦合的隔離型驅(qū)動(dòng)器輸入測(cè)如框圖所示，本文重點(diǎn)講講不起眼的IN+和IN-，其互鎖、濾傳輸延時(shí)和窄脈沖抑制等。

圖1. 1ED332xMC12N系列電隔離單通道驅(qū)動(dòng)IC的輸入側(cè)框圖

注：典型型號(hào)1ED3323MC12N 8.5A,5.7kV(rms)單通道隔離柵極驅(qū)動(dòng)器，具有短路保護(hù)、有源米勒鉗位和軟關(guān)斷功能，通過(guò)UL 1577和VDE 0884-11認(rèn)證

IN+與IN-應(yīng)用的使用方法

輸入端的設(shè)計(jì)要從認(rèn)識(shí)最基本的PWM信號(hào)輸入端開(kāi)始，一個(gè)單路功率半導(dǎo)體驅(qū)動(dòng)電路如果帶反相（IN-）和同相（IN+）輸入引腳，這就提供了多種設(shè)計(jì)可能性，可通過(guò)連接PWM脈寬調(diào)制輸入和使能/關(guān)閉邏輯信號(hào)，以滿(mǎn)足各種控制和保護(hù)用途的需求。

互鎖模式

互鎖是避免半橋電路產(chǎn)生直通電流的有效功能，將上橋臂和下橋臂驅(qū)動(dòng)IC的輸入信號(hào)引腳按照下圖的方法連接在一起，可實(shí)現(xiàn)半橋驅(qū)動(dòng)，同時(shí)禁止兩個(gè)通道的同時(shí)開(kāi)通：

上橋臂驅(qū)動(dòng)器的輸入（IN+）與下橋臂驅(qū)動(dòng)器的反相輸入（IN-）相連；

下橋臂驅(qū)動(dòng)器的輸入（IN+）與上橋臂驅(qū)動(dòng)器的反相輸入（IN-）相連。

但這簡(jiǎn)單的互鎖還是不夠的，柵極驅(qū)動(dòng)器和功率開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)延遲和邊沿特性往往會(huì)導(dǎo)致短暫的上下橋臂直通現(xiàn)象。為避免功率開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間重疊，需要在微控制器中對(duì)PWM生成設(shè)置適當(dāng)?shù)乃绤^(qū)時(shí)間，這是另外一個(gè)需要深入討論的問(wèn)題。

使能模式和關(guān)閉模式

驅(qū)動(dòng)器上同時(shí)帶有IN+和IN-引腳，從邏輯上講兩者同時(shí)是有效電平才有輸出，我們?cè)O(shè)計(jì)中就可以拿出一個(gè)引腳作為使能和關(guān)閉的功能引腳，具體為：

使用IN+引腳作為使能信號(hào)（圖2窄脈沖和延遲中的C區(qū)域），IN-就是反向邏輯PWM輸入端。整個(gè)逆變器的柵極驅(qū)動(dòng)器IC的IN+（設(shè)計(jì)中作為使能控制）連在一起，以便通過(guò)單個(gè)控制信號(hào)啟動(dòng)逆變器。

使用IN-引腳作為關(guān)閉信號(hào)（圖2窄脈沖和延遲中的A和B區(qū)域），IN+就是正向邏輯PWM輸入端。整個(gè)逆變器的柵極驅(qū)動(dòng)器IC的IN-（設(shè)計(jì)中作為關(guān)閉控制）連在一起，以便通過(guò)單個(gè)控制信號(hào)關(guān)閉逆變器。

輸入信號(hào)的濾波

抑制輸入干擾的方法是在輸入端接入簡(jiǎn)單的RC低通濾波器，以抑制影響正常工作的短脈沖。

阻容RC濾波器是抑制或減少串?dāng)_和寄生耦合效應(yīng)的常用方法。然而，如圖所示，外部簡(jiǎn)單的阻容濾波器并不精確，其誤差不對(duì)稱(chēng)。尤其是當(dāng)時(shí)間常數(shù)較大時(shí)，這可能會(huì)使得基于半橋的功率變換器需要更大死區(qū)時(shí)間，計(jì)算更加困難。

目前量產(chǎn)的EiceDRIVER?隔離型驅(qū)動(dòng)都帶有內(nèi)置濾波，內(nèi)部給電容充電的是電流源，實(shí)現(xiàn)具有對(duì)稱(chēng)容差和高精度的集成低通噪聲濾波器。集成噪聲濾波器可以減少對(duì)外部RC濾波器依賴(lài)。與沒(méi)有集成噪聲抑制濾波器的柵極驅(qū)動(dòng)器集成電路相比，這種組合解決方案的性能更為出色。

窄脈沖抑制

IN+和IN-定義了最小脈沖寬度，使驅(qū)動(dòng)電路能夠抵御意外的小脈沖干擾，見(jiàn)下圖A區(qū)和C區(qū)。

下圖的時(shí)序是基于使能模式和關(guān)閉模式，A區(qū)NI-（設(shè)計(jì)中作為關(guān)閉控制）是低電平，關(guān)閉無(wú)效，這時(shí)IN+的脈沖應(yīng)該出現(xiàn)的輸出端。但是卻沒(méi)有，因?yàn)閠IN+<tinfit，即脈沖寬度小于最小脈沖寬度，1ED332x系列的典型值為35ns。

圖2. 窄脈沖和延遲

傳輸延時(shí)

上圖B區(qū)中，IN+的脈沖寬度大于允許的最小脈沖寬度tinfit，驅(qū)動(dòng)器就有輸出了，但輸出的前沿和后沿都有了一定的延時(shí)，分別為tPDON和tPDOFF，由于前沿后沿的延遲并不一致，會(huì)影響到輸出脈沖寬度，尤其在脈沖寬度比較窄的時(shí)候影響更明顯。細(xì)化的輸出邊沿特性和延時(shí)定義見(jiàn)下圖，IN+以30%~70%計(jì)，而輸出OUT以20%~80%計(jì)。

動(dòng)態(tài)參數(shù)

驅(qū)動(dòng)器的動(dòng)態(tài)參數(shù)在時(shí)序設(shè)計(jì)中是比較重要，而且會(huì)受溫度和負(fù)載的影響，在1ED332xMC12N數(shù)據(jù)手冊(cè)表11中給出了18個(gè)項(xiàng)參數(shù)。

從下表中可以看出，由于采用的變壓器隔離，其開(kāi)通上升沿和關(guān)斷的下降沿的延時(shí)偏差很小，比如上升延時(shí)，典型值80ns，最小值是74ns，最大是84ns。由于上下偏差僅10-11ns，對(duì)死區(qū)設(shè)計(jì)時(shí)很“省時(shí)間”，在高頻開(kāi)關(guān)應(yīng)用也游刃有余。

參考資料

驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)（一）——驅(qū)動(dòng)器的功能綜述 http://www.ex-cimer.com/article/202502/466941.htm