提供给栅极的充电电流越低,转换完成所需的时间就越长 。
图1: 1A恒定电流栅极驱动(100nC – 红色 = 栅极, 紫色= 漏极, 200ns/div)
图2: 具备12Ω串联电阻的 12V栅极驱动(100nC – 红色 = 栅极, 紫色= 漏极, 200ns/div)
图2为具有12Ω串联电阻的12V恒压栅极驱动器波形 。在这种情况下“米勒高原”仍然存在,栅极达到12V所需的时间更长,但漏极的切换时间几乎没变 。
选择预驱动器IC所需的最小栅极驱动电流一旦确定,就可以选择支持该电流的栅极驱动器(预驱动器)IC了 。这类器件种类繁多,可能具有不同的通道数、栅极驱动电流能力和电源电压范围 。有些器件还提供了其他集成功能,例如集成电流采样放大器和保护电路等 。
许多半导体供应商都提供用于电源管理产品(包括MPS的电源管理产品)的预驱动器IC,其中有许多用于直流电机驱动器的单通道和三通道预驱动器IC,包括三通道60V和100V系列以及单相100V器件 。
部分预驱动器IC使用线性稳压器、电荷泵和/或自举电容器从主电机电源内部生成所需的栅极驱动电压 。而另一些则需要单独的栅极驱动电源 。如果要实现100%占空比工作(长时间输出高电平),则选择带有内部电荷泵的预驱动器,这样才能使上管栅极长时间保持导通 。如果仅依靠自举电路驱动上管,则预驱动器只能在有限的时间内保持上管MOSFET导通,因为漏电流会在一段时间后耗尽自举电容 。
栅极驱动器最低限度需要提供实现上述上升和下降时间所需的电流量,但也可以使用具有更大电流能力的驱动器 。
部分驱动器IC通过改变器件内部的栅极驱动量来调节上升和下降时间(也称为“斜率调节”) 。当所采用的器件不具备内置斜率调节功能时,也可以在栅极驱动器输出和MOSFET栅极之间插入电阻来调节 。但这种方法会限制栅极电流,并减慢上升和下降时间 。
添加一个二极管,可以获得独立的上升和下降时间(见图3) 。
图3: 添加二极管示意图
图4: 栅极和输出波形
采用这种方法通常是为了确保半桥结构中的一个FET在对面FET导通之前完全关断,从而确保死区时间 。图4显示出,下管栅极(GLA)通过二极管放电时下降非常快,但上管栅极(GHA)由于电阻的存在充电缓慢 。其结果是,由上管MOSFET导通控制的输出(SHA)缓慢上升 。
由于栅极具有非线性电容,而且驱动器通常不是真正的电压或电流源(通常是在线性区域中工作的FET),因此很难准确计算出实现特定上升或下降时间所需的电阻。一般情况下,最好通过实验或仿真得出正确的值 。可以从假设栅极驱动电流等于栅极驱动电压(通常为12V)除以串联电阻开始 。计算时,确保包含了栅极驱动器的输出电阻 。
结论本文提供的实用信息可为带预驱动器IC和功率MOSFET的电机驱动器提供最佳组件选择,希望可以帮助设计师在电机驱动器设计中选择到正确的IC和相关组件
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