MOSFET的半桥驱动电路设计要领详解

2022-05-03 14:55分类：电路图阅读：

　　1 前言

　　MOSFET凭电源开关速度更快、通断电阻器劣等优势在开关电源电路及电机驱动器等使用中取得了广泛运用。要想使MOSFET在使用中发挥其特性，就需要设计方案一个合适运用的最佳光耦电路和主要参数。在使用中MOSFET一般工作中在桥式网络拓扑结构方式下，如图所示1所显示。因为下桥MOSFET推动电流的定位点为地，较非常容易设计方案光耦电路，而上桥的推动工作电压是追随相相电压波动的，因而怎样非常好地推动上桥MOSFET变成设计方案是否取得成功的重要。半桥驱动器集成ic因为其便于设计方案光耦电路、外场电子器件少、推动功能强、稳定性高优势在MOSFET光耦电路中获得广泛运用。

　　2 桥式构造拓扑结构剖析

　　图1所显示为推动三相直流电直流无刷电机的电桥电路，在其中LPCB、 LS、LD为直流电母线槽和火线零线的导线电感器，电动机为三相Y型直流电直流无刷电机，其原理以下。

　　直流电直流无刷电机根据电桥电路完成电子器件换相，电动机工作模式为三相六情况，MOSFET通断次序为Q1Q5→Q1Q6→Q2Q6→Q2Q4→Q3Q4→Q3Q5。

　　系统软件根据调整上桥MOSFET的PWMpwm占空比来完成速率调整。Q1、Q5通断时，电流量（Ion）由VDD经Q1、电动机电磁线圈、Q5流至接地线，电动机AB互通电。Q1关掉、Q5通断时，电流量历经Q5，Q4续流（IF），电动机电磁线圈中的电流量基本上保持不会改变。Q1再度启用时，因为Q3体二极管的正电荷修复全过程，体二极管不可以迅速关闭，因而体二极管中会出现反向恢复电流量（Irr）穿过。因为Irr的转变迅速，因而在Irr控制回路中发生很高的di/dt。

　　3 半桥光耦电路原理

　　图2所显示为常见的半桥光耦电路。

　　半桥光耦电路的关键是怎样完成上桥的推动。图2中C1为自举电路电容器，D1为快修复二极管。PWM在上桥调配。当Q1关闭时，A点电位差因为Q2的续流而回零，这时C1根据VCC及D1开展电池充电。当输进数据信号Hin启用时，上桥的推动由C1供电系统。因为C1的电流不会改变，VB随VS的上升而波动，因此C1称之为自举电路电容器。每一个PWM周期时间，电源电路都给C1电池充电，保持其工作电压基本上维持不会改变。D1的效果是当Q1关闭时为C1电池充电给予正方向电流量安全通道，当Q1开通时，阻拦电流量反方向注入操纵工作电压VCC。D2的功能是为使上桥可以迅速关闭，降低开关损耗，减少MOSFET关闭时的不稳定全过程。D3的效果是防止上桥迅速启用当下桥的栅压工作电压藕合升高（Cdv/dt）而造成左右桥离断的状况。

　　4. 自举电路电容器的测算及常见问题

　　危害自举电路电容器选值的要素

　　危害自举电路电容器选值的要素包含：上桥MOSFET的栅压正电荷QG、上桥光耦电路的静态数据电流量IQBS、推动IC中脉冲信号变换电源电路的正电荷规定QLS、自举电路电容器的泄露电流ICBS（leak）。

　　测算自举电路电容器值

　　自举电路电容器务必在每一个电源开关周期时间内可以给予之上这种正电荷，才可以保证其工作电压基本上不会改变，不然VBS将会出现非常大的工作电压谐波失真，而且有可能会小于欠压保护值VBSUV，使上桥无輸出并停止工作。

　　电容器的最少容积可依据下列公式计算算出：

　　在其中，VF为自举电路二极管正方向损耗，VLS为下桥元器件损耗或上桥负荷损耗，f为输出功率。

　　5 运用案例

　　图3所显示为直流电电机控制器半桥驱动器集成ic上桥的自举电路工作电压（CH1： VBS）和推动工作电压（CH2： VGS）波型，应用的MOSFET为AOT472。

　　控制器选用调整PWMpwm占空比的方法完成电动机无极变速。

　　根据公式计算1计算电容器值应是1μF上下，但在具体运用中出现那样的难题，即当pwm占空比贴近100%（见图3a）时，因为pwm占空比非常大，在每一次上桥关拆断Vs工作电压不可以彻底回零，造成自举电路电容器在每一个PWM周期时间中无法彻底被电池充电。但这时用以每一个PWM周期时间电源开关MOSFET的正电荷仍未降低，因此自举电路工作电压会产生显著的降低（图3a中左边圈里一部分），这可能造成推动IC进到欠压情况或MOSFET提早无效。而当pwm占空比为100%时，因为沒有电源开关正电荷耗损，每一个换相周期时间内自举电路电容器的工作电压仍未降低许多（图3a中右边圈里一部分）。假如采用4.7μF的电容器，则测出波型如图所示3（b）所显示，工作电压无显然降低，因而在光耦电路设计方案中应依据具体需要来选择自举电路电容器的容积。

　　6. 火线零线振铃的形成及抑止

　　在图1中，路线的导线电感器（LPCB LS LD）及导线电阻器RPCB与MOSFET的輸出电容器COSS产生了RLC串连控制回路，如图4（a）所显示，对于此事控制回路开展解析以下：

　　4. 挑选有着较小Qrr和具备过软修复特点的MOSFET做为续流管；

　　5. 因为提升串连控制回路的阻值会损耗非常大的输出功率，因此提升串联电阻的办法在大多数运用中不行得通。

　　振铃的伤害

　　图5 振铃影响半桥集成ic一切正常作业的波型

　　图5所显示为一半桥推动MOSFET工作中时的波型，当上桥逻辑性键入为高时，上桥MOSFET启用，这时还可以见到火线零线（CH2）上形成了振铃，那样的振铃根据路线的杂散电容耦合到上桥自举电路工作电压，导致上桥的VBS工作电压（CH4）过低进而推动集成ic进到欠压（图5中VBS的工作电压已跌去5V）。由图5能够看得出，当Hin（CH1）有单脉冲键入时，因为振铃的危害， MOSFET有一些情况下无法正常的开启，缘故是推动IC进入了欠压。欠压并没有每一个时间都是会发生，因而在检测时要设定合理的开启方法来捕捉那样的异常运行状态。自然假如振铃震幅非常大，则控制器将无法正常的工作中，造成电动机无法运行。因而自举电路电容器最好是为能滤掉高频率的瓷片电容，即便是应用电解电容器也需要串联瓷片电容来去耦。

　　7. 降到最低火线零线负压力

　　在设计方案MOSFET半桥光耦电路时还应当留意火线零线上的负压力对推动电源芯片的伤害。当上桥关拆断，电磁线圈电流量会历经对应的下桥续流，一般觉得下桥体二极管会王侯线电压钳坐落于-0.7V上下，但实际上并不是完完全全这般。上桥关闭前，下桥的体二极管处在方向参考点情况，当上桥忽然关闭，下桥进到续流情况时，因为下桥体二极管由反方向参考点衔接到正方向参考点必须正电荷飘移的全过程，因而体二极管并不可以直接将电压钳位在-0.7V，只是有好几百纳秒的時间工作电压远远超过0.7V，因而会出現如图所示6所显示的火线零线负压力。路线主控制回路中的内寄生电感器及迅速改变的电流量（Ldi/dt）也会使火线零线负压力提升。