一种基于隔离式半桥驱动器的H电桥驱动电路

时间:2013-12-24来源:网络
的栅极驱动器,但对ADuM7234无影响,ADuM7234支持低端切换到负电压。

自举电容(C1、C2)

每次低端驱动器接通时,自举电容就会充电,但它仅在高端开关接通时才放电。因此,选择自举电容值时需要考虑的第一个参数,就是高端开关接通并且电容用作栅极驱动器ADuM7234的高端直流电源时的最大容许压降。当高端开关接通时,ADuM7234的直流电源电流典型值为22 mA。假设高端开关的导通时间为10 ms(50 Hz、50%占空比),使用公式C = I × ΔT/ΔV,如果容许的压降ΔV = 1 V,I = 22 mA,ΔT = 10 ms,则电容应大于220 μF。本设计选择330 μF的容值。电路断电后,电阻R5将自举电容放电;当电路切换时,R5不起作用。

自举限流电阻(R1、R2)

对自举电容充电时,串联电阻R1起到限流作用。如果R1过高,来自ADuM7234高端驱动电源的直流静态电流会在R1上引起过大的压降,ADuM7234可能会欠压闭锁。ADuM7234的最大直流电源电流IMAX = 30 mA。如果该电流引起的R1压降以VDROP = 1 V为限,则R1应小于VDROP/IMAX ,或33 Ω。因此,本设计选择10 Ω的电阻作为自举电阻。

自举启动电阻(R3、R4)

电阻R3启动自举电路。上电之后,直流电压不会立即建立起来,MOSFET处于断开状态。在这些条件下,C1通过路径R1、R3、D1、VS充电,其过程如下式所述:

一种基于隔离式半桥驱动器的H电桥驱动电路

其中, vC(t)为电容电压,VS(为电源电压,VD(为二极管压降,τ为时间常数,τ = (R1 + R3) C1。电路值如下:R1 = 10 ΩvC1 = 330 μF, VD = 0.5 V,VS = 12 V。由以上方程式可知,当R3 = 470 Ω时,电容充电到最终值的67%需要一个时间常数的时间(158 ms)。电阻值越大,则电容的充电时间越长。然而,当高端MOSFET Q1接通时,电阻R1上将有12 V电压,因此,如果电阻值过低,它可能会消耗相当大的功率。对于R3 = 470 Ω,12 V时该电阻的功耗为306 mW。

自举电容的过压保护(Z1、Z2)

如上所述,对于感性负载,当高端MOSFET断开时,电流会流经续流二极管。由于电感和寄生电容之间的谐振,自举电容的充电能量可能高于ADuM7234消耗的能量,电容上的电压可能上升到过压状态。13 V齐纳二极管对电容上的电压进行箝位,从而避免过压状况。

栅极驱动电阻(R7、R8、R9、R10)

栅极电阻(R7、R8、R9、R10)根据所需的开关时间tSW.选择。开关时间是指将 Cgd 、 Cgs 和开关MOSFET充电到要求的电荷Qgd 和 Qgs所需的时间。

使用隔离式半桥驱动器的H电桥驱动电路 (CN0196)

一种基于隔离式半桥驱动器的H电桥驱动电路

图2. ADuM7234的电源轨滤波和欠压锁闭保护

描述栅极驱动电流Ig:

一种基于隔离式半桥驱动器的H电桥驱动电路

其中, VDD 为电源电压,RDRV为栅极驱动器ADuM7234的等效电阻, Vgs(th)为阈值电压,Rg为外部栅极驱动电阻,Qgd 和 Qgs 为要求的MOSFET电荷, tSW为要求的开关时间。

ADuM7234栅极驱动器的等效电阻通过下式计算:

一种基于隔离式半桥驱动器的H电桥驱动电路

根据ADuM7234数据手册,对于 VDDA = 15 V 且输出短路脉冲电流 IOA(SC) = 4 A,通过方程式3计算可知,RDRV 约为4 Ω。

根据FDP5800 MOSFET数据手册,Qgd = 18 nC, Qgs = 23 nC, Vgs(th) = 1 V。

如果要求的开关时间 tSW为100 ns,则通过方程式2求解Rg可知,Rg 约为 22 Ω。实际设计选择15 Ω电阻以提供一定的裕量。电源轨滤波和欠压保护

由于峰值负载电流很高,因此必须对直流电源电压(VDD)进行适当的滤波,以防ADuM7234进入欠压闭锁状态,同时防止电源可能受到损害。所选的滤波器由 4个并联4700 μF、25 V电容与一个22 μH功率电感串联而成,如图2所示。100 kHz时,电容的额定最大均方根纹波电流为3.68 A。由于4个电容并联,因此允许的最大均方根纹波为14.72 A。所以,IPEAK = 2√2 × IRMS = 41.63 A。

经过滤波的+12 V电压还驱动图1所示的电路。

当电源电压低于10 V时,图2所示电路便会禁用ADuM7234的输入端,从而防止ADuM7234欠压闭锁。将一个逻辑高电平信号施加于ADuM7234的DISABLE引脚可禁用该电路。

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关键词: 隔离式 半桥驱动器 驱动电路

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