一種基于隔離式半橋驅(qū)動(dòng)器的H電橋驅(qū)動(dòng)電路

自舉電容(C1、C2)

每次低端驅(qū)動(dòng)器接通時(shí)，自舉電容就會(huì)充電，但它僅在高端開(kāi)關(guān)接通時(shí)才放電。因此，選擇自舉電容值時(shí)需要考慮的第一個(gè)參數(shù)，就是高端開(kāi)關(guān)接通并且電容用作柵極驅(qū)動(dòng)器ADuM7234的高端直流電源時(shí)的最大容許壓降。當(dāng)高端開(kāi)關(guān)接通時(shí)，ADuM7234的直流電源電流典型值為22 mA。假設(shè)高端開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間為10 ms(50 Hz、50%占空比)，使用公式C = I × ΔT/ΔV，如果容許的壓降ΔV = 1 V，I = 22 mA，ΔT = 10 ms，則電容應(yīng)大于220 μF。本設(shè)計(jì)選擇330 μF的容值。電路斷電后，電阻R5將自舉電容放電;當(dāng)電路切換時(shí)，R5不起作用。

自舉限流電阻(R1、R2)

對(duì)自舉電容充電時(shí)，串聯(lián)電阻R1起到限流作用。如果R1過(guò)高，來(lái)自ADuM7234高端驅(qū)動(dòng)電源的直流靜態(tài)電流會(huì)在R1上引起過(guò)大的壓降，ADuM7234可能會(huì)欠壓閉鎖。ADuM7234的最大直流電源電流IMAX = 30 mA。如果該電流引起的R1壓降以VDROP = 1 V為限，則R1應(yīng)小于VDROP/IMAX ，或33 Ω。因此，本設(shè)計(jì)選擇10 Ω的電阻作為自舉電阻。

自舉啟動(dòng)電阻(R3、R4)

電阻R3啟動(dòng)自舉電路。上電之后，直流電壓不會(huì)立即建立起來(lái)，MOSFET處于斷開(kāi)狀態(tài)。在這些條件下，C1通過(guò)路徑R1、R3、D1、VS充電，其過(guò)程如下式所述：

其中， vC(t)為電容電壓，VS(為電源電壓，VD(為二極管壓降，τ為時(shí)間常數(shù)，τ = (R1 + R3) C1。電路值如下：R1 = 10 ΩvC1 = 330 μF， VD = 0.5 V，VS = 12 V。由以上方程式可知，當(dāng)R3 = 470 Ω時(shí)，電容充電到最終值的67%需要一個(gè)時(shí)間常數(shù)的時(shí)間(158 ms)。電阻值越大，則電容的充電時(shí)間越長(zhǎng)。然而，當(dāng)高端MOSFET Q1接通時(shí)，電阻R1上將有12 V電壓，因此，如果電阻值過(guò)低，它可能會(huì)消耗相當(dāng)大的功率。對(duì)于R3 = 470 Ω，12 V時(shí)該電阻的功耗為306 mW。

自舉電容的過(guò)壓保護(hù)(Z1、Z2)

如上所述，對(duì)于感性負(fù)載，當(dāng)高端MOSFET斷開(kāi)時(shí)，電流會(huì)流經(jīng)續(xù)流二極管。由于電感和寄生電容之間的諧振，自舉電容的充電能量可能高于ADuM7234消耗的能量，電容上的電壓可能上升到過(guò)壓狀態(tài)。13 V齊納二極管對(duì)電容上的電壓進(jìn)行箝位，從而避免過(guò)壓狀況。

柵極驅(qū)動(dòng)電阻(R7、R8、R9、R10)

柵極電阻(R7、R8、R9、R10)根據(jù)所需的開(kāi)關(guān)時(shí)間tSW.選擇。開(kāi)關(guān)時(shí)間是指將 Cgd 、 Cgs 和開(kāi)關(guān)MOSFET充電到要求的電荷Qgd 和 Qgs所需的時(shí)間。

使用隔離式半橋驅(qū)動(dòng)器的H電橋驅(qū)動(dòng)電路 (CN0196)

圖2. ADuM7234的電源軌濾波和欠壓鎖閉保護(hù)

描述柵極驅(qū)動(dòng)電流Ig:

其中， VDD 為電源電壓，RDRV為柵極驅(qū)動(dòng)器ADuM7234的等效電阻， Vgs(th)為閾值電壓，Rg為外部柵極驅(qū)動(dòng)電阻，Qgd 和 Qgs 為要求的MOSFET電荷， tSW為要求的開(kāi)關(guān)時(shí)間。

ADuM7234柵極驅(qū)動(dòng)器的等效電阻通過(guò)下式計(jì)算：

根據(jù)ADuM7234數(shù)據(jù)手冊(cè)，對(duì)于 VDDA = 15 V 且輸出短路脈沖電流 IOA(SC) = 4 A，通過(guò)方程式3計(jì)算可知，RDRV 約為4 Ω。

根據(jù)FDP5800 MOSFET數(shù)據(jù)手冊(cè)，Qgd = 18 nC， Qgs = 23 nC， Vgs(th) = 1 V。

如果要求的開(kāi)關(guān)時(shí)間 tSW為100 ns，則通過(guò)方程式2求解Rg可知，Rg 約為 22 Ω。實(shí)際設(shè)計(jì)選擇15 Ω電阻以提供一定的裕量。電源軌濾波和欠壓保護(hù)

由于峰值負(fù)載電流很高，因此必須對(duì)直流電源電壓(VDD)進(jìn)行適當(dāng)?shù)臑V波，以防ADuM7234進(jìn)入欠壓閉鎖狀態(tài)，同時(shí)防止電源可能受到損害。所選的濾波器由 4個(gè)并聯(lián)4700 μF、25 V電容與一個(gè)22 μH功率電感串聯(lián)而成，如圖2所示。100 kHz時(shí)，電容的額定最大均方根紋波電流為3.68 A。由于4個(gè)電容并聯(lián)，因此允許的最大均方根紋波為14.72 A。所以，IPEAK = 2√2 × IRMS = 41.63 A。

經(jīng)過(guò)濾波的+12 V電壓還驅(qū)動(dòng)圖1所示的電路。

當(dāng)電源電壓低于10 V時(shí)，圖2所示電路便會(huì)禁用ADuM7234的輸入端，從而防止ADuM7234欠壓閉鎖。將一個(gè)邏輯高電平信號(hào)施加于ADuM7234的DISABLE引腳可禁用該電路。