PDF《半/全桥电路之专用型驱动 IC 应用设计探讨》

嘉兴斯达半导体有限公司 STARPOWER SEMICONDUCTOR LTD.

1 Application Note AN9002 V0.0 半/全桥电路之专用型驱动 IC 应用设计探讨 Norman Day 简介 自举充电 (Bootstrap)线路搭配半桥电力开关的架构所形成的悬浮 驱动电压源,因电路架构简单且仅须单电源便可完成半/全桥或三相逆变 器的电力开关的驱动,大幅简化了传统驱动线路必须提供上下臂功率开 关独立电源设计的复杂度.加上近年来专用型驱动 IC 的制程与应用的 稳定性提高,已逐渐为设计者所接受并且趋于标准.但这种专用型 IC 本身应用时所必须注意的限制,与半导体制程的先天的缺陷并不会因此 而消失.笔者以本身对这方面获得的心得做了整理 ,希望对想要利用这 种专用型 IC 作为设计的读者有所帮助. 专用型驱动 IC 的优缺点 : 虽然半/全桥电路之专用型驱动 IC 内部线路的设计难度不高 ,但 因早期实物应用时的失效率高 ,且很难有效的加以改善.所以推出这种 自举半/全桥甚至三相驱动 IC 的厂商虽多,但似乎只有 IR (International Rectifier) 公司所推出的 IR21XX 系列在市场的接受度较高 ,大多数的 设计者仍宁可相信缺点多且设计复杂的多电源驱动方式. 事实上如果排除专用型驱 IC 失效率高的刻板印象,专用型 IC 还是 提供了很多传统利用隔离电源搭配光耦合器或晶体管的多电源驱动所 无法达到的性能 ,兹利用以下的功能方块图简单说明之. 图

(一)为一般专用型驱动 IC 其内部功能方块示意图,其中包含了 输入信号的辨识与处理, 电位转换, 欠压检测保护,以及用以驱动功率 晶体的输出驱动级. 2010―05―19 嘉兴斯达半导体有限公司 STARPOWER SEMICONDUCTOR LTD.

2 Application Note AN9002 V0.0 Input noise filter Input noise filter D ead tim e &

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(一) 优点 : 过短或异常脉宽滤除或整型功能. 一般的光耦合器或晶体管的反应 都有其频宽的限制, 所以如果过窄或介于高低准位之间的驱动信号经过 光耦合器或晶体管的反应后可能将光耦合器或晶体管操作在主动区,造 成功率晶体的驱动电压不足,而导致导通时的 Vce(sat)或Rds(on)的上 升 ,产生额外的功率损耗,甚至过热而击穿. 异常驱动信号自动屏蔽功能.因为上下桥臂的驱动信号皆进入 IC 内,利用简单的逻辑闸即可隔离下上臂同时为 ON 的信号,这种驱动信号 若真的驱动上下臂的功率晶体,则势必造成桥臂的短路. 欠电压保护的功能.如果驱动电压源因异常造成电压下降的,则IC 也会自动隔离驱动信号来驱动功率晶体,避免导致额外的功率损耗, 毁 甚至烧 功率晶体. 内建下臂导通延时功能. 提供功率开关非理想性切换所必要的死区 时间. 传统设计想要达到上述的功能如都必须要额外的逻辑闸、 检测电路 搭配复杂的元件设计才能达成 ,但专用型 IC 却已经内建. 应用限制与缺点 : 虽然专用驱动 IC 提供了上述许多的优点,但同样的也有其应用限 制与必须承受的缺点.第一个是在整个全桥或三相功率开关动作之前, 下臂的功率晶体必须先行导通以提供上臂悬浮电容充电的路径 .如此 在上臂的开关动作时悬浮电容才能有足够的电压来驱动上臂的功率晶 嘉兴斯达半导体有限公司 STARPOWER SEMICONDUCTOR LTD.