雙低邊驅(qū)動(dòng)芯片NSD1025在開關(guān)電源應(yīng)用中有何優(yōu)勢(shì)
發(fā)布時(shí)間:2021-03-17 來源:納芯微 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】2021年3月15日-隨著5G通信與新能源車的普及,人們對(duì)高效率電源的需求越來越多。而提升電源轉(zhuǎn)換效率的關(guān)鍵因素就在于開關(guān)電源中的功率部分。
許多高性能、高頻率的PWM控制芯片,無論是數(shù)字類型還是模擬類型,都不具備或只有有限的直接驅(qū)動(dòng)功率MOSFET的能力。因?yàn)楣β蔒OSFET對(duì)柵極驅(qū)動(dòng)電流有較高的要求,驅(qū)動(dòng)芯片就相當(dāng)于PWM開關(guān)控制芯片與功率MOSFET之間的橋梁,用來將開關(guān)信號(hào)電流和電壓放大,同時(shí)具備一定的故障隔離能力。一旦確定了選用某種開關(guān)電源方案后,接下來就要選擇合適的驅(qū)動(dòng)IC,而選好驅(qū)動(dòng)芯片,就需要硬件工程師對(duì)電路特性有一定的了解。
以典型的AC/DC開關(guān)電源系統(tǒng)為例,PFC部分采用無橋升壓拓?fù)洌蛇x用一顆NSD1025同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩路開關(guān)MOSFET,LLC的原邊可用一顆半橋隔離驅(qū)動(dòng)芯片NSi6602同時(shí)驅(qū)動(dòng)上下橋臂MOSFET,副邊用一顆NSD1025驅(qū)動(dòng)全波同步整流MOSFET。選用高速高可靠性的驅(qū)動(dòng)IC,可以幫助電源系統(tǒng)提升效率和功率密度。
由于開關(guān)電源經(jīng)常需要硬開關(guān)驅(qū)動(dòng)大功率負(fù)載,在硬開關(guān)以及布局限制的情況下,功率MOSFET往往會(huì)對(duì)驅(qū)動(dòng)芯片的輸入和輸出端形成較大的地彈電壓和振蕩尖峰電壓。地彈電壓會(huì)造成驅(qū)動(dòng)器輸入端等效出現(xiàn)負(fù)電壓,因?yàn)閮?nèi)部等效體二極管,大多數(shù)柵極驅(qū)動(dòng)器能夠承受一定的負(fù)壓脈沖。然而,亦有必要采取預(yù)防措施,以防止驅(qū)動(dòng)器輸入端的過沖和欠壓尖峰過大,而對(duì)驅(qū)動(dòng)芯片造成損壞,或產(chǎn)生誤動(dòng)作。
驅(qū)動(dòng)輸入端負(fù)壓尖峰的形成原因
仍以PFC拓?fù)錇槔?,低邊?qū)動(dòng)器用在控制芯片與功率MOSFET之間,以幫助減小開關(guān)損耗,并為MOSFET提供足夠的驅(qū)動(dòng)電流,以跨過米勒平臺(tái)區(qū)域,實(shí)現(xiàn)快速打開。在開關(guān)MOSFET的時(shí)候,有一個(gè)高di/dt的脈沖產(chǎn)生,這種快速變化與寄生電感共同作用,產(chǎn)生了負(fù)電壓峰值,可以用Vn = Lss* di/dt公式估算。Lss代表寄生電感。寄生電感值約等于功率MOSFET的內(nèi)部鍵合線和PCB回線接地回路中的電感量之和,其值可以從幾nH至十幾nH不等,寄生電感大小主要取決于PCB布局布線。
從上面等式可以看出,負(fù)向電壓與寄生電感和電流變化率均成正比。在典型的低邊柵極驅(qū)動(dòng)電路中,雖然控制器和功率MOSFET使用同一個(gè)直流地平面作為參考,但一些情況下,由于驅(qū)動(dòng)器和控制器有一定距離,所以總會(huì)存在寄生電感。高di/dt的電流在流經(jīng)MOSFET及其板級(jí)回路時(shí),寄生電感存在會(huì)導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)器的地電位相對(duì)于控制器地電位瞬間抬升,驅(qū)動(dòng)器的輸入和地之間就相當(dāng)于出現(xiàn)一個(gè)瞬間負(fù)壓。在極端情況下,可能造成驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部輸入ESD器件受損,驅(qū)動(dòng)器出現(xiàn)失效。
另一個(gè)常見的出現(xiàn)輸入負(fù)壓的場(chǎng)景與對(duì)MOSFET進(jìn)行電流采樣相關(guān)。為了實(shí)現(xiàn)更精確的控制,有時(shí)在功率MOSFET和大地之間會(huì)接一個(gè)采樣電阻,用這個(gè)采樣電阻來檢測(cè)流過MOSFET的電流,從而使控制器能快速做出響應(yīng)。而為了使MOSFET的驅(qū)動(dòng)環(huán)路足夠小,會(huì)將驅(qū)動(dòng)器的GND引腳與MOSFET的源極連接在一起,而控制芯片的GND與真正的地平面在一起,這樣驅(qū)動(dòng)器的GND和控制芯片GND之間就會(huì)存在一個(gè)偏置電壓,因此控制芯片輸出低電平時(shí),相對(duì)于驅(qū)動(dòng)器的輸入端,則有一個(gè)負(fù)向的偏置電壓。
如何應(yīng)對(duì)輸入端負(fù)壓
對(duì)于寄生電感引起的輸入瞬間負(fù)壓,一般有三種應(yīng)對(duì)方案。首先,可以通過減小開關(guān)速度來降低影響,減小開關(guān)速度能降低電流變化速率di/dt,瞬間負(fù)壓幅度也就會(huì)下降。但這樣處理有副作用,降低開關(guān)速度就會(huì)增加轉(zhuǎn)換時(shí)間,所以會(huì)增加開關(guān)損耗,而在一些應(yīng)用中如果對(duì)響應(yīng)時(shí)間有要求,降低開關(guān)速度的方法就未必適合。
第二種方法是盡可能優(yōu)化PCB布局布線,減小寄生參數(shù),從而減小負(fù)壓峰值,這是系統(tǒng)設(shè)計(jì)中常見的方法,但需要硬件工程師有非常豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),而在一些設(shè)計(jì)條件限制下,也可能無法優(yōu)化PCB布局布線
第三種方法是選擇抗干擾能力強(qiáng)的器件,例如納芯微電子新推出的同相雙通道高速柵極驅(qū)動(dòng)器NSD1025。NSD1025通過優(yōu)化輸入端的ESD結(jié)構(gòu),能夠承受最大-10V的輸入電壓,相比其他競(jìng)品驅(qū)動(dòng),NSD1025更能應(yīng)對(duì)常見應(yīng)用場(chǎng)景的瞬態(tài)負(fù)脈沖,有更好的可靠性。
經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師通常會(huì)同時(shí)考慮三種抗擾方案,然后根據(jù)應(yīng)用約束來達(dá)到最優(yōu)選擇。但選擇抗干擾能力強(qiáng)的器件,無疑能為整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶來更多的容錯(cuò)空間與選擇余地,所以也就成為工程師在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)候的第一步。
除了耐受負(fù)壓能力強(qiáng),NSD1025還提供欠壓鎖定功能,保持輸出低電平直到電源電壓進(jìn)入工作范圍內(nèi),而高低閾值之間的遲滯功能也提供了更出色的抗干擾能力。非常適合電源系統(tǒng)、電機(jī)控制器、線性驅(qū)動(dòng)器和GaN等寬帶隙功率器件驅(qū)動(dòng)等應(yīng)用場(chǎng)景。
在NSD1025之后,納芯微還將推出600V高低邊驅(qū)動(dòng)器,以及專為GaN設(shè)計(jì)的600V高低邊驅(qū)動(dòng)芯片??蔀楣こ處熢诠I(yè)電源、電機(jī)驅(qū)動(dòng)等應(yīng)用中的抗干擾設(shè)計(jì),帶來更好的解決方案。
推薦閱讀:
特別推薦
- 兆易創(chuàng)新GD32F30x STL軟件測(cè)試庫獲得德國(guó)萊茵TüV IEC 61508功能安全認(rèn)證
- 芯科科技第三代無線開發(fā)平臺(tái)引領(lǐng)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展
- MSO 4B 示波器為工程師帶來更多臺(tái)式功率分析工具
- 艾為電子推出新一代高線性度GNSS低噪聲放大器——AW15745DNR
- 瑞薩發(fā)布四通道主站IC和傳感器信號(hào)調(diào)節(jié)器, 以推動(dòng)不斷增長(zhǎng)的IO-Link市場(chǎng)
- e絡(luò)盟現(xiàn)貨供應(yīng) Abracon 新推出的 AOTA 系列微型鑄型電感器
- 加賀富儀艾電子推出支持Wi-Fi 6和藍(lán)牙的無線局域網(wǎng)/藍(lán)牙組合模塊
技術(shù)文章更多>>
- 數(shù)字驅(qū)動(dòng)工業(yè),智能賦能制造 AMTS & AHTE SOUTH CHINA 2024同期會(huì)議全公開!
- 團(tuán)體觀展招募!104CEF開啟組團(tuán)觀眾通道,解鎖更多禮遇
- 觸摸式OLED顯示屏有望重新定義汽車用戶界面
- 用Python自動(dòng)化雙脈沖測(cè)試
- 揭秘電動(dòng)汽車中直流鏈路電容器的奧秘(上)
技術(shù)白皮書下載更多>>
- 車規(guī)與基于V2X的車輛協(xié)同主動(dòng)避撞技術(shù)展望
- 數(shù)字隔離助力新能源汽車安全隔離的新挑戰(zhàn)
- 汽車模塊拋負(fù)載的解決方案
- 車用連接器的安全創(chuàng)新應(yīng)用
- Melexis Actuators Business Unit
- Position / Current Sensors - Triaxis Hall
熱門搜索
電阻觸控屏
電阻器
電阻作用
調(diào)速開關(guān)
調(diào)諧器
鼎智
動(dòng)力電池
動(dòng)力控制
獨(dú)石電容
端子機(jī)
斷路器
斷路器型號(hào)
多層PCB
多諧振蕩器
扼流線圈
耳機(jī)
二極管
二極管符號(hào)
發(fā)光二極管
防靜電產(chǎn)品
防雷
防水連接器
仿真工具
放大器
分立器件
分頻器
風(fēng)力渦輪機(jī)
風(fēng)能
風(fēng)扇
風(fēng)速風(fēng)向儀