集成自举二极管和600V三相栅极驱动器加速三相电机应用_电压_驱动器

文章目录 [+]

栅极驱动器为数字掌握和功率实行器之间的仿照桥梁，其必须可靠、抗噪声和扰动鲁棒、精确（担保掌握算法和脉宽调制有效），且为担保安全运行，其在非常规条件下或在系统某一部分失落效期间需具备保护和安全功能。

集成自举二极管和600V三相栅极驱动器加速三相电机应用_电压_驱动器集成自举二极管和600V三相栅极驱动器加速三相电机应用_电压_驱动器互联网

（图片来自网络侵删）

弁言

STMicroelectronics STDRIVE601为一款针对N沟道功率MOSFET和IGBT的集成三个半桥栅极驱动器的单芯片。
该芯片采取了ST公司的BCD6s-高压技能，该技能将双极性、CMOS和DMOS器件与可驱动高侧晶体管且击穿电压超过600V的浮动单元集成在了同一芯片上。
新一代的BCD6s技能确保了该器件一流的稳健性。

该器件还具备几项赞助功能和特点，这有助于加速系统设计、减少外围元器件和电路。
避免针对噪音和扰动来利用繁芜噜苏的保护电路且可确保全体运用大略经济。

STDRIVE601采取小体积的SO28封装，可替代三个半桥驱动器以简化PCB板布局。
6路输出均可实现350mA灌电流和200mA拉电流，且栅极驱动电压范围为9-20V。

三个高侧自举单元事情电压高达600V且可由内置自举二极管供电，可节省PCB面积并减少元件数量。
低侧和每个高侧驱动单元的欠压锁定（UVLO）功能可防止功率开关事情在低效或危险状态。

由于技能发展和设计优化，STDRIVE601可在负压尖峰超过100V时担保稳健性，并且以业界领先的85ns相应逻辑输入。
高低侧单元的延时匹配肃清了周期畸变且可担保高频运行，互锁和去世区插入同时也避免了未知情形下的交叉导通。

智能关断电路确保了有效的过流保护，高速保护功能可在检测到过载或短路后的短短360ns内关断栅极驱动器。
设计者可通过改变外部电容的容值来设置和调度保护关断韶光而不会影响芯片关断反应韶光，该芯片还供应了一个低电平有效故障指示引脚。

ST公司还供应了EVALSTDRIVE601评估板以帮助用户探索STDRIVE601的功能并迅速启动和运行第一个原型。

负压征象

半桥输出中的负压尖峰在功率运用中非常常见，特殊是空间或机器限定导致无法对PCB布局进行优化时。
负压尖峰会导致一些不良征象，如自举电容的过充电以及器件稳健性不敷时输出侧的误动作。

在半桥拓扑构造中，特殊是驱动大感性负载时，功率半桥的输出很随意马虎涌现负压，表现为初始的动态尖峰和后续的静态负压（如图1-b所示）。
这个征象涌如今桥臂硬开关怀换至低电平输出且负载电流由桥臂输出至负载时。
当高侧开关关闭时，感性负载元件试图坚持输出电流恒定。
输出电压逐渐降落且当其降落至“地”电平值时，电流开始经低侧续流二极管续流，该二极管正引导通。
动态负压紧张是由于与半桥低侧电流路径续流二极管串联的PCB板子上寄生电感引起的高dI/dt而造成的尖峰。
其余，动态负压还与低侧续流二极管的正向尖峰电压（其在短暂时间内由高压反向状态切换到正引导通状态）和分流电阻的寄生电感有关。

静态负压紧张由采样电阻（如果有）的电压降和续流二极管的正向电压降组成（如图1-a）。

图1 半桥电路的负压征象

栅极驱动器稳健性

STDRIVE601设计的紧张特点是其对噪音、扰动和负压征象出色的稳健性。
得益于创新的电平转换器架构和ST前辈的制造工艺技能，该驱动用具有出色的抗击高负压尖峰能力，并且能够在非常陡峭的共模暂态下正常运行。

在专用的测试电路（图2）中测试并确认了该芯片对负压尖峰的抗扰性，该设计旨在人为地产生比实际运用中创造的尖峰大得多的负压尖峰。

图2中RL负载为200 µH、16 Ω，且为了仿照PCB布局较差时引入的杂散电感的影响，选了几个电感（0.19 µH, 0.45 µH, 0.82 µH）可与低侧IGBT串联。

图2 负压征象剖析电路

图3为杂散电感为0.82 µH时的征象：输出由300V摆动至0V，负压尖峰最小峰值为-127V且保持148ns。
经由几次的切换，没有任何破坏或者运转失落常。

图3 杂散电感为0.82 µH时通道1输出存在-127V负压尖峰

自举二极管

STDRIVE601内部自举二极管采取额定600V MOSFETs实现，其在LVG输出打开时经由主电源（VCC）给每个通道的自举电容充电。
这避免了利用大且贵的外部高压二极管。

图4 STDRIVE601自举二极管和传统自举二极管比拟

内置自举电路导通，有一个正向偏置，不存在实际二极管中的偏置电压。
图4展示了这两者的差异，其表示了STDRIVE601自举二极管和传统自举二极管的I-V（电流-电压）转移曲线。
对付给定电流，这一特色在剩余电压降方面上风突出，且可在电压降较小时也可对自举电容进行充电，而传统二极管对此稍显乏力。

过流智能关断保护

STDRIVE601内置了一个比较器，该比较器通过智能关断（SmartSD）电路进行故障保护。

SmartSD电路可在过载或过流时关断栅极驱动器，且故障检测至实际输出关断之间的延时仅360ns。
保护干预韶光与故障后的禁用韶光相互独立，且保护相应速率为市场上其他栅极驱动器的两倍。
这许可设计者在不增加内部保护延迟韶光的情形下，将故障事宜后输出的禁用韶光增加到非常大的值。
禁用韶光取决于外部电容COD的容值和可选的连接到OD引脚的上拉电阻的阻值（见图5）。

用于智能关断的比较用具有一个内部参考电压VREF且其连接到反相输入端，同相输入端连接至引脚CIN。
比较器的CIN引脚可连接至外部分流电阻，进而实现大略快速的过流保护功能。
比较器输出旗子暗记经滤波后输入到SmartSD逻辑单元，其滤波韶光为固定时间tFCIN（约300ns）。

VREF阈值范例值为460 mV，比较器输入（CIN）滞环电压约为70 mV。
当CIN引脚上脉冲电压高于VREF时，SmartSD逻辑被触发并立即将驱动器输出置低（OFF）。
同时，故障引脚（FAULT）逼迫置低来指示该事宜（例如输入到微掌握器）且OD开始让外部电容COD放电以设置故障事宜的输出禁用韶光。
一旦输出禁用韶光到期，FAULT引脚将开释且驱动器输出重新跟随输入引脚。

总禁用韶光由如下两部分组成：

OD解锁韶光（图5中t1），即电容COD放电至VSSDl阈值的韶光。
SmartSD比较器被触发时放电立即开始。

OD重启韶光（图5中t2），即电容COD重新充电至VSSDh阈值的韶光。
当OD上电压达到VSSDl，故障状态打消(CIN < VREF - CINhyst)，OD内部MOSFET关闭，此时COD重新充电。
这个韶光是禁用韶光的紧张组成部分。

当OD未经外部上拉时，外部电容COD放电韶光常数取决于COD和内部MOSFET的特性（如下方程（1）所示），重启韶光取决于内部电流源IOD和电容COD（如下方程（2）所示）

(1)

(2)

个中

为OD浮动电压。

当OD经外部上拉电阻ROD_ext连接至VCC时，OD放电韶光取决于外部网络ROD_ext、COD和内部MOSFET的电阻RON_OD（如下方程（3）所示），重启韶光取决于流过ROD_ext的电流（如下方程（4）所示）。

(3)

(4)

个中