MOSFET半桥驱动电路应用实例分析-KIA MOS管

半桥驱动电路应用实例

图所示为直流无刷电机驱动器半桥驱动芯片上桥的自举电压（CH1： VBS）和驱动电压（CH2： VGS）波形，使用的MOSFET为AOT472。

驱动器采用调节PWM占空比的方式实现电机无级调速。

通过公式1算出电容值应为1μF左右，但在实际应用中存在这样的问题，即当占空比接近100%（见图3a）时，由于占空比很大，在每次上桥关断后Vs电压不能完全回零，导致自举电容在每个PWM周期中不能完全被充电。

但此时用于每个PWM周期开关MOSFET的电荷并未减少，所以自举电压会出现明显的下降（图3a中左侧圈内部分），这将会导致驱动IC进入欠压保护状态或MOSFET提前失效。

而当占空比为100%时，由于没有开关电荷损耗，每个换相周期内自举电容的电压并未下降很多（图3a中右侧圈内部分）。如果选用4.7μF的电容，则测得波形如图3（b）所示，电压无明显下降，因此在驱动电路设计中应根据实际需求来选取自举电容的容量。

相线振铃的产生及抑制

在图1中，线路的引线电感（LPCB+LS+LD）及引线电阻RPCB与MOSFET的输出电容COSS形成了RLC串联回路，如图4（a）所示，对此回路进行分析如下：

4. 选择具有较小Qrr和具有较软恢复特性的MOSFET作为续流管；

5. 由于增加串联回路的电阻会耗散很大的功率，所以增加串联电阻的方法在大部分应用中不可行。

振铃的危害

图5 振铃干扰半桥芯片正常工作的波形

图5所示为一半桥驱动MOSFET工作时的波形，当上桥逻辑输入为高时，上桥MOSFET开通，此时可以看到相线（CH2）上产生了振铃，这样的振铃通过线路的杂散电容耦合到上桥自举电压，造成上桥的VBS电压（CH4）过低而使驱动芯片进入欠压保护（图5中VBS的电压已跌至5V）。

由图5可以看出，当Hin（CH1）有脉冲输入时，由于振铃的影响， MOSFET有些时候不能正常打开，原因是驱动IC进入了欠压保护。欠压保护并不是每个周期都会出现，因此在测试时应设置适当的触发方式来捕获这样的不正常工作状态。

当然如果振铃振幅很大，则驱动器将不能正常工作，导致电机不能启动。因此自举电容最好为能滤除高频的陶瓷电容，即使是使用电解电容也要并联陶瓷电容来去耦。

最小化相线负压

在设计MOSFET半桥驱动电路时还应该注意相线上的负压对驱动芯片的危害。当上桥关断后，线圈电流会经过相应的下桥续流，一般认为下桥体二极管会将相线电压钳位于-0.7V左右，但事实并非完全如此。

上桥关断前，下桥的体二极管处于反向偏置状态，当上桥突然关断，下桥进入续流状态时，由于下桥体二极管由反向偏置过渡到正向偏置需要电荷漂移的过程，因此体二极管并不能立即将电压钳位在-0.7V，而是有几百纳秒的时间电压远超过0.7V，因此会出现如图6所示的相线负压。线路主回路中的寄生电感及快速变化的电流（Ldi/dt）也会使相线负压增加。

要使相线负压变小，可通过减缓上桥关断的速度从而减小回路中的di/dt或减小主回路寄生电感的方式来实现。

小结：

在设计半桥驱动电路时，应注意以下方面：

1. 选取适当的自举电容，确保在应用中有足够的自举电压；

2. 选择合适的驱动电阻，电阻过大会增加MOSFET的开关损耗，电阻过小会引起相线振铃和相线负压，对系统和驱动IC造成不良影响；

3. 在芯片电源处使用去耦电容；

4. 注意线路的布线，尽量减小驱动回路和主回路中的寄生电感，使di/dt对系统的影响降到最小；

5. 选择适合应用的驱动IC，不同IC的耐压及驱动电流等诸多参数都不一样，所以应根据实际应用选择合适的驱动IC。

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