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主流半橋驅(qū)動(dòng)芯片如何發(fā)展：先增效再降本

已有22106次閱讀2021-10-28標(biāo)簽:
 
在直流電機(jī)中，單片機(jī)提供的電壓電流一般不足以驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)，只能作為驅(qū)動(dòng)信號(hào)。所以要在它們之間加一個(gè)Motor Driver，即驅(qū)動(dòng)器。半橋驅(qū)動(dòng)器的作用就是通過(guò)功率管產(chǎn)生交流電觸發(fā)信號(hào)，從而產(chǎn)生大電流進(jìn)一步驅(qū)動(dòng)電機(jī)。相比于全橋，半橋驅(qū)動(dòng)電路成本偏底，電路也更容易形成，而全橋電路成本高，電路相對(duì)復(fù)雜。當(dāng)然，全橋電路不容易產(chǎn)生瀉流，而半橋電路在振蕩轉(zhuǎn)換之間容易使波形變壞，產(chǎn)生干擾。

 

在半橋驅(qū)動(dòng)電路中一般都會(huì)加入死區(qū)設(shè)置，如果不加入死區(qū)，那么在一個(gè)電力電子器件尚未完全關(guān)閉時(shí)另一個(gè)電子器件就已經(jīng)完全開啟，這樣會(huì)形成短路，從而燒壞器件。因此半橋驅(qū)動(dòng)芯片中如何降低死區(qū)時(shí)間要求，是一處十分體現(xiàn)性能的要點(diǎn)。

其實(shí)主流大廠的這一類型芯片，性能都非常高，各家獨(dú)有技術(shù)加持下的產(chǎn)品可以說(shuō)各有所長(zhǎng)，在效率拉不開明顯差距的情況下，降低成本提升性價(jià)比成了主流半橋驅(qū)動(dòng)芯片另一個(gè)比拼的重點(diǎn)。

Infineon 半橋驅(qū)動(dòng)芯片

 

Infineon在半橋驅(qū)動(dòng)上可以說(shuō)是集大成者，他們的半橋驅(qū)動(dòng)芯片通常帶有兩個(gè)互鎖通道。這里不再對(duì)IR2104這款耳熟能詳?shù)陌霕蝌?qū)動(dòng)做贅述，大家對(duì)他太熟悉了。

我們來(lái)看看最新推出的650 V半橋驅(qū)動(dòng)，一個(gè)絕緣體上硅（SOI）柵極驅(qū)動(dòng)器IC，具有高電流（2.5 A）和低電流（0.7 A）兩個(gè)選項(xiàng)，強(qiáng)度和抗擾度都很優(yōu)秀。

（2ED2101S06F，Infineon）

首先說(shuō)說(shuō)英飛凌的絕活，絕緣體上硅（SOI）技術(shù)。該技術(shù)本質(zhì)上是一種高壓的電平轉(zhuǎn)換技術(shù)，集成了BSD，每個(gè)晶體管都被埋入的二氧化硅隔開。該技術(shù)表現(xiàn)在芯片強(qiáng)大的抗負(fù)瞬態(tài)電壓能力以及低電平轉(zhuǎn)換損耗上。

2ED2101S06F就是基于該技術(shù)的半橋柵極驅(qū)動(dòng)器。該系列在高邊和低邊柵極驅(qū)動(dòng)上有0.29 A拉電流和0.7 A灌電流。SOI給該器件帶來(lái)的抗負(fù)瞬態(tài)電壓能力足有100V，在行業(yè)內(nèi)絕對(duì)的領(lǐng)先。同時(shí)，由于器件中不存在寄生晶閘管結(jié)構(gòu)，因此在所有溫度和電壓條件下都不會(huì)發(fā)生閉鎖。

該器件在延遲會(huì)上稍遜一些，為90ns，但這不影響出色負(fù)瞬態(tài)電壓帶來(lái)的極高耐用性和抗噪性，以及SOI技術(shù)帶來(lái)降低50%電平轉(zhuǎn)換損失這些極優(yōu)異的性能。除此之外，集成BSD在節(jié)省空間，降低BOM成本上很有優(yōu)勢(shì)。

ST 半橋驅(qū)動(dòng)芯片

 

ST電機(jī)驅(qū)動(dòng)器涵蓋也非常廣，從單橋到半橋到多通道驅(qū)動(dòng)器。在高壓應(yīng)用上，ST的半橋驅(qū)動(dòng)優(yōu)勢(shì)會(huì)比起同行更明顯，其中一個(gè)主要原因就是獨(dú)家的BCD“offline” 技術(shù)。


（L6384E，ST）

上圖中的L6384E是ST旗下高壓半橋驅(qū)動(dòng)器，即采用了BCD“offline” 技術(shù)。通過(guò)該技術(shù)，L6384E高側(cè)浮動(dòng)部分能夠在高達(dá)600 V的電壓軌下工作，兩個(gè)設(shè)備輸出可以分別接收650 mA和400 mA，但由于是單輸入配置，只有一個(gè)輸出會(huì)驅(qū)動(dòng)高壓。死區(qū)時(shí)間功能可進(jìn)一步防止兩股輸出的交叉?zhèn)鲗?dǎo)，還能通過(guò)連接到DT/SD引腳的外部電阻器進(jìn)行調(diào)節(jié)。

在性能指標(biāo)上，除了650 mA和400 mA的驅(qū)動(dòng)能力，L6384E能提供全溫度范圍內(nèi)±50 V/ns的dV/dt抗擾度。在1nF負(fù)載下，開關(guān)在rise階段延遲僅為50ns，在fall階段延遲也只有30ns。同時(shí)，UVLO 保護(hù)和 V CC電壓鉗技術(shù)也給予了該器件充足的可靠性。

L6384E保證了保證低壓側(cè)和高壓側(cè)部分之間的匹配延遲，從而簡(jiǎn)化設(shè)備的高頻操作。邏輯輸入與CMOS兼容，便于與控制設(shè)備接口。

同樣的，該器件內(nèi)部也集成了BSD，效率提高還不夠，還要讓設(shè)計(jì)更緊湊。

TI 半橋驅(qū)動(dòng)芯片

 

這里沒(méi)有選取TI的高壓系列，我們來(lái)看看TI的低壓半橋柵極驅(qū)動(dòng)器，TI低壓系列性能足夠穩(wěn)定，系統(tǒng)也足夠可靠。在低壓應(yīng)用上TI沒(méi)有集成BSD，畢竟不是高壓應(yīng)用，但在效率提高上TI通過(guò)降低死區(qū)時(shí)間讓效率更近了一步。

一般將半橋驅(qū)動(dòng)按總線電壓分為低壓高壓兩類，低于120V的半橋驅(qū)動(dòng)器相對(duì)有更快的傳播延遲，可實(shí)現(xiàn)更快的切換并提高整體系統(tǒng)效率。


（UCC27282，TI）

UCC27282，120V半橋柵極驅(qū)動(dòng)器，是TI在低于120V半橋驅(qū)動(dòng)應(yīng)用下最重要的產(chǎn)品之一。UCC27282屬N溝道MOSFET驅(qū)動(dòng)器，通過(guò)此器件可在基于半橋或同步降壓配置的拓?fù)渲锌刂苾蓚�(gè)N溝道MOSFET。該系列有一項(xiàng)極為突出的能力，因?yàn)閁CC27282具有3.5A的峰值灌電流和2.5A的峰值拉電流以及較低的上拉和下拉電阻，因此在MOSFET米勒平臺(tái)轉(zhuǎn)換期間，器件能以最小的開關(guān)損耗驅(qū)動(dòng)大功率MOSFET。

為了保證器件穩(wěn)定性和靈活性，UCC27282配置了很多功能。輸入引腳和HS引腳能夠承受較大的負(fù)電壓，輸入引腳為-5V，HS引腳為-14V，因此提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性。輸入互鎖進(jìn)一步提高了高噪聲應(yīng)用中的穩(wěn)健性和系統(tǒng)可靠性。在高頻應(yīng)用中5V UVLO容許極端的工況，還能提升效率。

在死區(qū)設(shè)置上，UCC27282較小的16ns傳播延遲和1ns匹配延遲可最大限度降低死區(qū)時(shí)間要求，這是TI在提升效率上的技術(shù)關(guān)鍵。

 

在半橋驅(qū)動(dòng)上，這三家?guī)缀踉谛袠I(yè)內(nèi)有壓倒性的優(yōu)勢(shì)，這幾大廠商都有自己的獨(dú)有技術(shù)來(lái)降低電平轉(zhuǎn)換損耗和死區(qū)時(shí)間以此來(lái)提高效率，同時(shí)集成BSD來(lái)減少成本節(jié)省空間也漸成行業(yè)趨勢(shì)，尤其是在高壓應(yīng)用領(lǐng)域，畢竟性價(jià)比是用戶極為看重的。
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