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

作者：陳子穎鄭姿清時間：2025-02-18 來源：英飛凌工業(yè)半導(dǎo)體

加入技術(shù)交流群
- 掃碼加入
  和技術(shù)大咖面對面交流
  海量資料庫查詢

驅(qū)動電路設(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)體的動態(tài)過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)動設(shè)計(jì)，英飛凌的驅(qū)動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。

本文引用地址：http://m.ptau.cn/article/202502/467031.htm

驅(qū)動器的輸入側(cè)

一個可靠的功率半導(dǎo)體驅(qū)動電路設(shè)計(jì)要從輸入側(cè)開始，輸入端可能會受到干擾，控制電路也會發(fā)生邏輯錯誤，可能的誤觸發(fā)會造成系統(tǒng)輸出混亂，甚至損壞器件。

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

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

注：典型型號1ED3323MC12N 8.5A,5.7kV(rms)單通道隔離柵極驅(qū)動器，具有短路保護(hù)、有源米勒鉗位和軟關(guān)斷功能，通過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)識最基本的PWM信號輸入端開始，一個單路功率半導(dǎo)體驅(qū)動電路如果帶反相（IN-）和同相（IN+）輸入引腳，這就提供了多種設(shè)計(jì)可能性，可通過連接PWM脈寬調(diào)制輸入和使能/關(guān)閉邏輯信號，以滿足各種控制和保護(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IC的輸入信號引腳按照下圖的方法連接在一起，可實(shí)現(xiàn)半橋驅(qū)動，同時禁止兩個通道的同時開通：

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

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

但這簡單的互鎖還是不夠的，柵極驅(qū)動器和功率開關(guān)的開關(guān)延遲和邊沿特性往往會導(dǎo)致短暫的上下橋臂直通現(xiàn)象。為避免功率開關(guān)的導(dǎo)通時間重疊，需要在微控制器中對PWM生成設(shè)置適當(dāng)?shù)乃绤^(qū)時間，這是另外一個需要深入討論的問題。

使能模式和關(guān)閉模式

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

使用IN+引腳作為使能信號（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。整個逆變器的柵極驅(qū)動器IC的IN+（設(shè)計(jì)中作為使能控制）連在一起，以便通過單個控制信號啟動逆變器。

使用IN-引腳作為關(guān)閉信號（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。整個逆變器的柵極驅(qū)動器IC的IN-（設(shè)計(jì)中作為關(guān)閉控制）連在一起，以便通過單個控制信號關(guān)閉逆變器。

輸入信號的濾波

抑制輸入干擾的方法是在輸入端接入簡單的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，外部簡單的阻容濾波器并不精確，其誤差不對稱。尤其是當(dāng)時間常數(shù)較大時，這可能會使得基于半橋的功率變換器需要更大死區(qū)時間，計(jì)算更加困難。

目前量產(chǎn)的EiceDRIVER?隔離型驅(qū)動都帶有內(nèi)置濾波，內(nèi)部給電容充電的是電流源，實(shí)現(xiàn)具有對稱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外部RC濾波器依賴。與沒有集成噪聲抑制濾波器的柵極驅(qū)動器集成電路相比，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)動電路能夠抵御意外的小脈沖干擾，見下圖A區(qū)和C區(qū)。

下圖的時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)閉無效，這時IN+的脈沖應(yīng)該出現(xiàn)的輸出端。但是卻沒有，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

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)動器就有輸出了，但輸出的前沿和后沿都有了一定的延時，分別為tPDON和tPDOFF，由于前沿后沿的延遲并不一致，會影響到輸出脈沖寬度，尤其在脈沖寬度比較窄的時候影響更明顯。細(xì)化的輸出邊沿特性和延時定義見下圖，IN+以30%~70%計(jì)，而輸出OUT以20%~80%計(jì)。