1. 驱动芯片在 PSU电源系统中的运用简介在通讯设备中，系统的供电来源是由前级的PSU供电单元供应的。常见的通信PSU输出分为12V和48V，12V用于给板上数字部分供电，48V多用于给功放模块供电。通信PSU常用拓扑架构有推挽、半桥、全桥，不同的拓扑架构常日根据不同的运用处景以及供电需求决定。在通信电源的PA供电部分，IBB（inverting buck-boost）拓扑凭借其不须要隔离，小体积，低本钱的上风越来越多的成为在48V PA供电场景的选择。TI的双通道隔离驱动器如 系列，其两个通道的偏压供电可以根据需求灵巧配置，芯片内部抗滋扰能力强，可以广泛运用于驱动各种拓扑架构中的MOS管。
Figure 1. 通信电源PSU的常见运用2. 驱动芯片非常丢波问题常日隔离驱动芯片用于驱动桥式拓扑中的高下桥臂，或在管。
Figure 2. IBB范例运用拓扑下面两张图分别是实际运用中碰着的以及在EVM板上复现的发波非常征象。个中CH1为输入侧的驱动波形，CH2为相应通道的驱动输出波形（VGS）。可以看到在两个案例中驱动的输出都涌现了非常的输入旗子暗记存在但输出旗子暗记非常丢失的征象。该非常发波会导致PSU不正常事情，如果不及时断开负载，还会造成MOS管的破坏。
Figure 3. 实际运用中碰着的丢波征象
Figure 4. 在EVM板上通过特定条件复现的丢波征象个中实际非常触发条件：48V/1000W系统，IBB拓扑，开关频率250kHz，驱动器每个通道驱动5个并联MOS管，栅极串阻2.2ohm。EVM板复现条件：14V/100A负载，通过反复接入断开负载可以复现问题。2.1 针对非常丢波问题的事理剖析通过对旗子暗记进行剖析，以上两种情景的一个共同条件是供电轨VDD都受到了不同程度的滋扰，下图是实际问题的展开波形，可以看到CH4为VDD，在问题发生时接管到了比较大的滋扰旗子暗记。
Figure 5. 非常丢波问题的展开波形基于下面范例的驱动框图剖析滋扰的来源，如果在驱动的输出端（OUT）有较大旗子暗记颠簸或是噪声（该扰动可以是负载变革导致，也可能是开关引入的噪声），通过芯片内部上管的体二极管传播至VDD引脚。由于扰动是通过内部电路及寄生参数产生和通报，无法通过外部滤波电路滤除，以是纵然调度外部滤波电容值，也没法很好的改进该非常征象。VDD引脚上的滋扰旗子暗记，进一步又会通过内部供电LDO的体二极管扰乱内部供电模块输出电压，或是滋扰内部供电模块的逻辑电路，终极使内部电压跌落至芯片的UVLO，将特定通道的输出关断。在内部电压迅速规复至UVLO以上后，芯片会延时大约50us后，规复OUT引脚的正常输出。同理如果在VSS引脚上有大的滋扰时，也会对内部电路造成类似影响。
Figure 6. 范例驱动芯片输出部分电路构造2.2 如何从系统设计上优化非常丢波问题要防止丢波问题的涌现，须要担保VDD旗子暗记的稳定，减小电源噪声并减小耦合噪声的滋扰，可从以下几个方面进行：1. 增大RG或增加串联磁珠；3.多管并联系统中把稳系统设计。办理滋扰问题一个大略有效的办法便是增大RG，栅极串联电阻RG会影响栅极电路上的震荡以及耦合到芯片内部的滋扰旗子暗记大小。下图是常见运用中的输出部分的等效模型，输入电容（图中Cgd+Cgs）和源级电感Ls（图中L4）之间会产生较大的谐振，增加得当的RG则有利于抑制震荡，同时使开关速率设定在合理的范围，担保系统高效事情。
Figure 7. 驱动电路简化等效模型为了初步评估系统中存在的寄生电感Ls，我们在不接RG条件下丈量震荡波形。由LC谐振公式：
，通过不雅观察振铃的震荡频率可以得到：
。在选择RG上令系统处于临界阻尼到欠阻尼状态即可：
（其余须要再减去驱动和MOS管部分的电阻值）。实际测试过程中，可以从Q=1/2开始测试所选电阻值以及不雅观察MOS管的开关速率以及震荡情形是否能够知足系统的设计需求，如果开关速率不足可以适当减小RG或是选择驱动电流能力更强的驱动器，如果震荡情形影响系统性能，则适当增加RG。下面是在问题系统中，适当增加RG后的测试结果，可以看到RG增大后，问题得到显著改进。
Figure 8. 实际运用电路中栅极电阻设置为2ohm的问题波形
Figure 9. 实际运用电路中栅极电阻增大为75ohm问题消逝对付实际运用系统，增大RG会带来系统的损耗以及开关速率的变慢，每每对付特定设计系统，RG期望的阻值会小于10ohm，因此该方案有很多限定。除了增大RG，另一个行之有效的方案是在栅极串入磁珠，相较于电阻的方案磁珠在低频条件下阻值更低，在不影响驱动电流，不改变开关表现条件下又能够很好的抑制高频下的耦合噪声。
Figure 10. (a) 磁珠阻抗与频率的关系 (b) RG与磁珠在电路中的浸染事理在多管并联的布板设计中，该当尽可能担保每一个MOS管的栅极电阻都靠近各自的MOS管，而不是将各电阻集中并联，参考下图所示。左图所示布板方案可能会导致并联MOS管线路之间发生均流震荡，进而导致系统不稳定。
Figure 11. (a) 发生丢波问题的电路设计 (b) 优化后正常发波的电路设计3. 驱动芯片输出引脚误脉冲征象驱动芯片在运用过程中另一个常见的问题是，在没有输入旗子暗记的情形下，对应的输出通道涌现非常脉冲的征象。该误脉冲可能会超过MOS管的开通阈值，造成不期望的MOS管误开通以及很严重的系统直通情形。下图是实际运用中碰着的误脉冲征象，CH2是驱动芯片LO，CH1是HO，起机过程中，输入旗子暗记掌握LO进行开关动作，而在HO对应输入为低电平。理论上HO该当与输入旗子暗记同等为低，但从实验结果可以创造，在HO引脚看到了一定幅值的脉冲旗子暗记。
Figure 12. 起机过程中涌现的误脉冲征象起机过程中的误脉冲旗子暗记，会给PSU系统带来可靠性风险，严重情形下可能涌现直通征象，破坏供电系统。3.1 误脉冲征象成因剖析下面为驱动芯片范例的内部框图，在VDD-VSS之间的电压建立至内部UVLO阈值之前，芯片内部的Rclamp会起浸染，将OUT下拉到地。在VDD-VSS之间电压上升至UVLO阈值以上后，芯片的输出完备由输出通道内部的高下管开关来决定：输入旗子暗记为高时输出上拉至VDD，输入旗子暗记为低时输出下拉到地，以此担保输出逻辑精确。常日误脉冲征象涌如今VDD-VSS之间电压建立至UVLO之前。
Figure 13. 驱动芯片内部下拉电路范例框图在VDD-VSS低于UVLO期间，芯片内部会产生相应的驱动旗子暗记，来开通Rclamp电路（为MOS管构造，Rclamp实际为MOS管导通电阻）。该驱动旗子暗记的产生会在VDD-VSS建立电压后，经由一定延时（大约几十微秒，随芯片不同而不同）产生，同时旗子暗记的产生到下拉电路的完备开通是须要一定的韶光的，这两个成分导致了，当VDD-VSS之间电压上升过快时，内部驱动旗子暗记来不及将下拉电路打开，从而在起机期间芯片无法很好的实现下拉功能。这种情形下当输出引脚有耦合噪声的存在时，我们会在栅极路径上看到误脉冲。3.2 误脉冲的预防与办理方案由于误脉冲问题是由于内部下拉电路反应韶光的差异化所导致，优化思路可以是将VDD-VSS建立过程放缓，或是在系统设计时把稳给VDD-VSS供应一个预充电压，一个可靠的方案则是在电路中增加下拉电路，确保MOS管不会由于滋扰误触发。3.2.1 调度BOOT电压建立速率VDD-VSS的电压建立过程是通过RBOOT，二极管，以及下管的导通状态给CBOOT电容充电来实现的。针对RBOOT和CBOOT进行数值调度，可以将电容充电到稳定的韶光进行延长或缩短。下图分别展示了不同的RC配置下的VDD-VSS电压建立过程。
Figure 14. RBOOT=0hom CBOOT=10uF 设置下的起机BOOT波形
Figure 15. RBOOT=5hom CBOOT=10uF 设置下的起机BOOT波形CH1为VDD-VSS电压建立波形，CH4为充电电流波形。可以看到，适当的RC取值，不仅能够减小VDD-VSS间的电流尖峰，还有助于将电压建立的斜率变缓，使内部下拉旗子暗记有充足的韶光来相应。由于市情上驱动芯片设计和针对运用处景不同，有的二极管集成在芯片内部，以是须要利用者在详细运用过程中，根据须要和所用芯片来调度RC取值，下面是一些RC选择上的建议：● 电阻取值一样平常选择在1~20ohm，且须要知足
，个中Ipeak为所选择二极管的最大电流，V（diode）为二极管上的压降。● 有时二极管部分集成在驱动芯片内部，此时可以根据详细情形调节CBOOT，CBOOT须要能够担保VDD-VSS上的电压能够在UVLO之上：-因此哀求BOOT电容上能承受最大电压为：
-开关周期内须要供应的电荷量：
-可以打算出BOOT电容的最小值为：
个中：VDD为驱动供电电压；V(diode)为二极管正引导通压降；VHBL为VDD-VSS低落沿UVLO，即考虑回差后的UVLO值；QG是驱动MOS管的Q值之合；IHBS是VDD-VSS间泄电流；IHB是VDD静态电流须要把稳的是二极管的反向规复应力，如上述实验中的RC组合中开关频率约为100kHz，占空比为40%，下管的导通韶光大约为6us，则需把稳的是在6us下管关闭时，二极管上的反向规复应力能够知足芯片或是选择二极管的指标哀求，详细可以参考各芯片数据手册或者向供应商咨询。3.2.2 为VDD-VSS建立预充电压另一个办理误脉冲问题的方案是给VDD-VSS供应一个预充电压，这样能让内部下拉电路的触发旗子暗记能够提前相应。一个简便的办法是在高下管VSS之间直接入预充电阻，这样在上电后，VDD会通过RBOOT，二极管，预充电阻来给CBOOT进行充电，不才管发波之前，就能让内部下拉电路提前相应，确保VDSS-VSS超过UVLO之前，上管不会涌现误脉冲问题。
Figure 16. 为设计增加预充电压回路在加入预充电阻后，系统起机过程中的测试波形如下所示，通道之间不再有滋扰导致的误脉冲。须要考虑的是系统上电到发波之间的预留韶光treserve决定了Rpre-charge以及CBOOT的取值。详细参考公式：
Figure 17. 加入VBOOT预建立电路后的发波波形3.2.3 为栅极增加外部下拉电路如果系统设计许可，一个保险的办法是在电路中加入下拉电路（下图中BJT管Q4），当栅极电压受到滋扰涌现较大颠簸时，BJT电路会接通，将栅极强行下拉到地防止MOS管的误开通。
Figure 18. 外部增加栅极下拉电路下图为加入外部下路电路后的栅极电压仿真波形。虚线代表之前系统可能存在的栅极滋扰，实线代表加入下拉电路后栅极电压波形，可以创造下拉电路将栅极滋扰电压幅值以及电压回落所需韶光都大大缩小，防止了可能涌现的MOS管误触发风险。超10万种现货元器件，一件也发货，来唯样商城购正品~
Figure 19. 下拉电路对栅极电压扰动改进的仿真结果4. 总结文章总结了在利用驱动器过程中常见的两种运用问题：非常丢波问题与输出通道误脉冲问题，针对丢波问题，文章给出了栅极电阻设计与布板建议；针对输出通道误脉冲问题，本文提出了调度BOOT电压建立韶光、建立预充电压、添加外部下拉电路等方案，并给出了优化后的测试结果。当然在驱动器的运用中，还有其他常见问题如误发波或是输出旗子暗记受到滋扰等一些分外情形，由于更多的和芯片的设计或是抗扰能力干系，这里就没有归纳总结。在选择驱动芯片时，利用者该当更多关注除了基本的指标参数之外运用层面的设计把稳事变。TI的驱动芯片在上述问题中的表现处于业界前辈地位，精良的芯片设计以及可靠性，能够大大降落在运用中的风险以及设计难度。5. 参考文献1. UCC27282 datasheet (ZHCSJ21B)2. UCC21225A datasheet (SLUSCV6A)3. The Use and Benefits of Ferrite Beads in Gate Drive Circuits (SLUAAI2
