本應(yīng)用筆記介紹了采用表面貼裝封裝的 n 通道雙 MOSFET 的低壓電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)。它描述了使用不同電壓應(yīng)用的設(shè)計(jì)，以及自適應(yīng) MOSFET 柵極驅(qū)動(dòng)器，這是驅(qū)動(dòng)雙 n 溝道半橋的第三種方法。
低壓電機(jī)驅(qū)動(dòng)器使用兩種基本 MOSFET 配置：n 溝道半橋以及 p 和 n 溝道（互補(bǔ)）半橋。互補(bǔ)方法的主要優(yōu)點(diǎn)是其柵極驅(qū)動(dòng)電路的簡(jiǎn)單性，如 Vishay Siliconix 應(yīng)用筆記 AN90-4 中所述。當(dāng) n 溝道 MOSFET 用于高側(cè)（或“上部”）開關(guān)時(shí)，柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)需要電平轉(zhuǎn)換，從而導(dǎo)致復(fù)雜性和成本增加。
5V 應(yīng)用
在圖 1 中，電荷泵電路用于將 5 V 電源（實(shí)際上為 4.5 V）升壓至足以直接驅(qū)動(dòng)上部和下部 MOSFET 柵極的電壓。
5V、三相電機(jī)驅(qū)動(dòng)
下部 n 溝道器件的額定電壓，并為上部 n 溝道 MOSFET 提供至少 7.5 V 的柵極增強(qiáng)電壓。“軌到軌”驅(qū)動(dòng)所有柵極 考慮到輸入電平變化（4.5 至 5.5 V）和電荷泵損耗，產(chǎn)生的電源電壓范圍約為 12 至 16 V。該電壓范圍安全地在 20 -V 柵源導(dǎo)致較低器件的阻抗稍低。然而，在電機(jī)驅(qū)動(dòng)中，總阻抗（一個(gè)上部 MOSFET 加一個(gè)下部 MOSFET）通常比對(duì)稱性更重要。
12V 應(yīng)用
如果可以接受動(dòng)態(tài)柵極驅(qū)動(dòng)技術(shù)，則可以大大簡(jiǎn)化中間低壓應(yīng)用（大約 12V）。自舉電容器布置是一種簡(jiǎn)單且廉價(jià)的方法，可提供驅(qū)動(dòng)高側(cè)柵極所需的電壓（圖 2）。在相對(duì)較窄的電壓范圍（約 10 至 20 V）內(nèi)，可以選擇簡(jiǎn)單的無(wú)源上拉 (R1) 值，以提供快速轉(zhuǎn)換速率和可容忍的開關(guān)損耗。對(duì)于高于 20V 的工作電壓，可能需要采用有源上拉電平移位裝置，并且應(yīng)使用齊納二極管對(duì) Q2 的柵源進(jìn)行鉗位，以保證不違反 V GS 額定值。采用這種技術(shù)時(shí)，工作電壓低于約 10 V 可能會(huì)導(dǎo)致 Q2 柵極驅(qū)動(dòng)不足。自舉電容器中存儲(chǔ)的電壓等于 10V（電源電壓）減去二極管壓降，再減去 MOSFET 壓降（Q1 上的負(fù)載電流 xr DS(on)）。該電壓因電荷而進(jìn)一步降低，必須傳輸電荷才能充分增強(qiáng) Q2 的柵極，并且電壓會(huì)因流經(jīng) D1 和 Q3 的漏電流而隨時(shí)間衰減。
12V電機(jī)驅(qū)動(dòng)
在圖 2 中，下部 MOSFET (Q1) 和電平轉(zhuǎn)換 MOSFET (Q3) 的輸入連接在一起。自舉布置并不能完全消除使用關(guān)閉兩個(gè)輸出器件的換向或調(diào)制序列，并且有必要在開啟 Q2 之前開啟 Q1 以對(duì)自舉電容器進(jìn)行再充電。Q2 不能無(wú)限期地保持，并且自舉裝置固有的“動(dòng)態(tài)”性質(zhì)使其無(wú)法在某些電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用中使用。但對(duì)于許多其他人來(lái)說，它可以提供技術(shù)上可接受且極具成本效益的解決方案。
12V 至 36V 應(yīng)用
簡(jiǎn)單、元件少的電荷泵電路可為中壓應(yīng)用提供靜態(tài)操作和可容忍的開關(guān)時(shí)間。圖 3 所示的電荷泵電路已減少到少數(shù)量的組件，并假設(shè)系統(tǒng) 12V 電源可用于驅(qū)動(dòng)接地參考 MOSFET 柵極和振蕩器。遠(yuǎn)高于所需開關(guān)頻率的振蕩器頻率將利用小電荷泵電容 (C1) 在短的時(shí)間內(nèi)對(duì)高側(cè) MOSFET 柵極進(jìn)行充電。在此示例中，為了實(shí)現(xiàn) 20kHz 開關(guān)頻率和可容忍的開關(guān)損耗，選擇了 2MHz 振蕩器和 0.001μF 電荷泵電容器以獲得 500ns 的輸出上升時(shí)間。
12 至 36 V 電機(jī)驅(qū)動(dòng)
Si9910DY 自適應(yīng) MOSFET 柵極驅(qū)動(dòng)器（圖 4）提供了第三種驅(qū)動(dòng)雙 n 溝道半橋的方法。雖然 Si9910 設(shè)計(jì)用于以更高功率水平驅(qū)動(dòng) MOSFET，但事實(shí)證明，Si9910 對(duì)于低功率系統(tǒng)來(lái)說是一種極具成本效益的解決方案（與分立解決方案相比）。
Si9910 在集成 MOSFET 柵極驅(qū)動(dòng)器中，它提供低輸出阻抗，同時(shí)在開啟（輸出高電平）時(shí)消耗小于 1 A 的電源電流。這使得驅(qū)動(dòng)器能夠以高側(cè)開關(guān)的源極為參考，并由自舉電容器、電荷泵或兩者的組合供電。將 Si9910 與自舉電容器的高峰值電流能力相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)快速、高效的轉(zhuǎn)換速率。添加小型電荷泵將克服導(dǎo)通狀態(tài)泄漏損耗，從而提供高側(cè)輸出器件的連續(xù)（靜態(tài)）操作。Si9910 還提供 di/dt、dv/dt 和直通電流控制以及欠壓和災(zāi)難性電流保護(hù)的方法。 |
