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1、嘉兴斯达半导体有限公司STARPOWERSEMICONDUCTORLTD.2010—05—19半/全桥电路之专用型驱动IC应用设计探讨NormanDay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
2、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(InternationalRectifier)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
3、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。1ApplicationNoteAN9002V0.0嘉兴斯达半导体有限公司STARPOWERSEMICONDUCTORLTD.InputHIN1noisefilterVB1VSS/COMHVLatchDeadtime&ShootthroughLe
4、velLevelDriverHO1PreventionUVShifterShifterDetectInputVS1LIN1noisefilterVCCVSS/COMLevelDelayDriverLO1ShifterCOM图（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
5、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,甚至烧燬功率晶体。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
6、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2ApplicationNoteAN9002V0.0嘉兴斯达半导体有限公司STARPOWERSEMICONDUCTORLTD.体时，对于选择悬浮电容的容值的选择必须有一定的依循条件。式(一)为一简单的计算公式可用以电容的选定依据。………….(1)Qdischarge=
7、[Qg+(I+I)*T1+QLs]GE(leakage)CBS(leakage)假设工作频率30KHZ,责任周期为30%,如Qg(typ.)=76nC,QLs=5nC,ICBS(leakage)=3-10uA,IGE(leakage)=1000uA,那么希望C电压的准位维持在0.2V以内变动,则选用的电容值为:因为Qdischarge=C△V⎡1000uA+(3~10)uA⎤76nC++5nC⎢⎣10KHz/30KHz⎥⎦CBS≥=0.9uF/0.57uF0.2图（二）当然有经验的设计者都知道在CBS电容的两
8、端并上一频率响应高的小电容还是必要的。再者较大的问题是无法产生低于0电压以下的负压。利用负压截止导通状态中的功率晶体,除了可以加速功率晶体关断的时间,也可避免功率晶体切换时的电压突波,将截止中的功率开关误导通。但利用专用型IC则的驱动电压最低电压只能达到0V,在元件布局不佳的系统,存在机会将截止状态中的功率晶体误触发而导通,造成系统失效。互锁效应(Latch-Up)发生时所导致的异常,是专用型驱动I
