驅(qū)動集成電路功率級中瞬態(tài)問題的處理

1．驅(qū)動IC產(chǎn)品范圍
IR公司為用戶提供多種從單相到三相橋的驅(qū)動集成電路。所有類型都使用了高集成的電平轉(zhuǎn)換技術(shù)，簡化了邏輯電路對功率MOS管的控制。最新產(chǎn)品已擴展到具有驅(qū)動1200V功率器件的能力。
作為前沿技術(shù)，要求能在更高速度下開關(guān)更大的電流，雜散參數(shù)的不利影響日趨明顯和受到高度重視。本文的目的是找出它們的根源，量化驅(qū)動IC對可能引起問題的免疫力，最后，如何獲得最大的安全區(qū)。
2．橋式電路中的雜散元素
圖1描述了一個驅(qū)動IC驅(qū)動由兩個MOSFET組成的典型橋式電路，功率電路中，由器件內(nèi)部的連線、引腳和PCB線組成的無用電感統(tǒng)一用LS1.2和LD1.2表示。
另外還有柵極驅(qū)動電路中的雜散參數(shù)，在布線路板時也應(yīng)考慮。在此我們將主要討論有最大的電流和di/dt發(fā)生的橋式電路本身。在開關(guān)期間，橋式電路中快速變化的電流將會在雜散電感中產(chǎn)生電壓瞬變。這些瞬變會耦合到其它電路中引起噪聲問題，增加開關(guān)損耗，甚至在最壞情況下?lián)p壞IC。

圖1. 半橋電路中的雜散元素

3．VS負過沖原因
由于問題是由散電感引起的，隨著器件的開關(guān)，對驅(qū)動IC來說，最主要的問題是VS會負過沖到參考地以下。
相反，正過沖一般不會出現(xiàn)問題，IR公司已經(jīng)驗證的HVIC工藝具有耐高電壓能力。
當(dāng)橋電路負載為感性時，高端器件的關(guān)斷會引起負載電流突然轉(zhuǎn)換到低端的續(xù)流二極管，由于二極管開通延遲，正向壓降和雜散電感LS1+LD1使VS點負過沖到參考地以下，如圖1所示。在死區(qū)時間內(nèi)，如果負載電路不能完全恢復(fù)，當(dāng)?shù)投似骷查_通時，會發(fā)生VS負過沖或振蕩。
4．VS負過沖對驅(qū)動IC的影響
IR公司的驅(qū)動IC保證，相對于COM，VS至少有5V的負過沖能力，如果負過沖超過這個水平，高端輸出將暫時鎖定在其電流狀態(tài)，VS保持在絕對最大極限內(nèi)，IC將不會損壞。當(dāng)負過沖起過5V后，高端輸出將不響應(yīng)輸入控制信號。這種模式應(yīng)當(dāng)注意，但在大多應(yīng)用中是可以忽略的，因為隨著開關(guān)事件的發(fā)生，高端通常不要求很快改變狀態(tài)。
5．如何避免鎖定
附錄1顯示了驅(qū)動IC的內(nèi)部典型寄生二極管結(jié)構(gòu)。對于任何CMOS器件，使這些二極管正向?qū)ɑ蚍聪驌舸┒紩鸺纳目煽?a target='_blank' class='arckwlink_none'>晶閘管(SCR)鎖定，鎖定的最終后果難以預(yù)料，有可能暫時錯誤地工作到完全損壞器件。
驅(qū)動IC 也許會間接地被最初的過應(yīng)力引起的連鎖反應(yīng)損壞，例如，可想到鎖定會使兩路輸出為高，造成橋臂直通，從而損壞器件，然后損壞IC。這種失敗模式可能是應(yīng)用中引起驅(qū)動IC和功率器件損壞的主要原因。
下面理論分析可以幫助解釋VS負過沖和鎖定機理的關(guān)系。
第一種情況：“理想的自舉”電路中，VCC由一個零阻抗電源供電，并由一個理想的二極管給VB供電。如圖2，負過沖將引起自舉電容過充電。例如，如果VCC=15V，VS負過沖超過10V時，將使懸浮電源達到25V以上，可能會擊穿二極管D1，并進一步引起鎖定。