运用单输入栅极驱动器实现高侧或者低侧驱动

摘要

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在良多阻止式电源运用中，运用功率 MOSFET 个别接管某种方式的单输动器低侧桥配置装备部署，用于优化电源开关以及电源变压器，入栅从而后退功能。极驱这些桥配置装备部署建树了高侧 (HS) 以及低侧 (LS) 两种开关规范。实现UCC277xx 、高侧UCC272xx 以及 LM510x 系列等专用 HS 以及 LS 栅极驱动器 IC 可在单个 IC 中为 HS 开关管以及 LS 开关管提供输入。驱动

比照之下 ，运用某些运用经由运用单输入栅极驱动器（好比 UCC2753x 或者阻止式 UCC53xx 系列），单输动器低侧而不是入栅将 HS 以及LS 组合为一个半桥驱动器，也能实现重大优势 。极驱单输入驱动器的实现位置可能更挨近电源开关
，带来更大的高侧妄想锐敏性以及更少的寄失效应，从而实现卓越的驱动开关功能。

1 引言

HS 开关管请参阅图 1-1 中的运用 Q1 以及 Q2 。这些开关具备浮动的源极衔接 ，而且此基准上的电压在开关周期内会爆发变更
。Q3 以及 Q4 被视为 LS 开关管，由于它们的源极基准衔接到输入地 ，而且在开关周期内不会修正电压 。当Q1 以及 Q3 同时导通概况 Q2 以及 Q4 同时导通时，将为 Vout 供电。对于节 2 中的电路示例，咱们将仅关注运用 Q1以及 Q3 的桥部份。

图 1-1. 具备高侧以及低侧低级 MOSFET 的全桥功率级

要在高功率运用中精确掀开这些开关，个别需要栅极驱动 IC。要精确驱动 LS 开关管，凡黑白常重大，由于栅极驱动器的输入可能直接衔接到开关的栅极，而且驱动器 IC 的 GND 衔接到开关的源极 。可是，要驱动 HS 开关管，还必需留意如下事变：

1. 对于栅极驱动器输入信号自己 ，需要电平转换器或者阻止式信号收发器（好比数字阻止器） ，以确保栅极坚持高于源极的适量电压 ，从而精确掀开 HS 开关管。随着 Q1 的源极（栅极驱动器的 GND）在 Q1 导通时期回升
，驱动器需要其基准电压亲密追寻 Q1 源极并坚持信号电压以及基准电压之间的差距。此外，该驱动器的GND 需要与操作器地阻止 ，由于 Q1 源极在 0V 以及 400V 等较高电压之间挪移 。

2. HS 栅极驱动器还需要某种辅助电源
，该电源可能浮动，并在源极升至输入电压时坚持适量的导通偏置。否则 ，当 Q1 源极电压飞腾时，栅极驱动器将关断。这个别经由如下方式来实现：运用自举电路 、阻止式辅助电源，或者运用栅极驱动变压器将栅极驱动器与开关键关键点基准阻止
。

2 高侧驱动措施

2.1 栅极驱动变压器处置妄想

图 2-1. 高侧栅极驱动变压器

信号阻止

在图 2-1 中，U1 的输入信号经由运用 T1 妨碍阻止 。变压器应承到 Q1 的栅极信号具备浮动基准 ，该基准可能随开关键关键点电压的变更而变更。削减了 C4 以及 C6 等直流阻断电容器以及整流器 D1 以及 D2，以削减 C6 的失调电压，从而防止变压器中失衡。Q0 以及 R0 用于封锁电源开关。

高侧偏置

在图 2-1 中，不需要阻止式电源或者自举电源。在该配置装备部署中 ，栅极驱动器以与操作器以及 Vbias1 相同的地为基准。因此，偏置电压可由 Vbias1 直接提供
。

2.2 具备电容式信号阻止的自举辅助电源处置妄想

信号阻止

图 2-2. 运用基于电容器的信号阻止的高侧自举电路

在图 2-2 中 ，U1 的输入运用 U3 妨碍阻止。U3 是电容式信号阻止器 ISO77xx。纵然具备较大的共模接地压摆率，电容式阻止器也可精确地收回信号 。与光耦合器比照，它们在运用寿命以及温度规模内更晃动，而且不栅极驱动变压器的占空比限度
。

高侧偏置

在图 2-2 中 ，当 Q1 掀开时，Dboot 以及 Cboot 用作精确偏置 U1 的自举电路。当 Q1 封锁时，Dboot 正向偏置，而且在 Cboot 充电时 ，U1 直接由 Vbias1 供电。当 Q1 导通时，开关键关键点电压会削减到 HVDC，Dboot 被反向偏置并呵护Vbias1
，而且当 Cboot 将其电荷清空到 U1 的 VDD 引脚时 ，U1 被供电
。Cboot 发生的这种电荷必需足以在 Q1 全部导通时期使 Q1 坚持开启。Dboot 以及 Cboot 的巨细逾越了本文的品评辩说规模。在 UCC27712 数据表中 ，请参阅 来抉择 Cboot
，并参阅 来抉择 Dboot。

2.3 具备阻止式高侧栅极驱动器的阻止式辅助电源处置妄想

图 2-3. 高侧阻止式驱动器以及辅助电源

信号阻止

在图 2-3 中
，对于高侧运用阻止式栅极驱动器阻止输入信号，对于低侧运用 ISO77xx。

高侧偏置

在图 2-3 中 ，U1（阻止式栅极驱动器 UCC53xx）用作高侧驱动器，并运用电源侧的阻止式辅助电源以及信号侧的VCC 供电。电源 Vbias1 以非阻止式 UCC27531 的 GND 引脚或者电源地为基准 ，也为高侧提供浮动偏置
。这与UCC27531EVM-184 或者 UCC5390SCDEVM-010 中的配置装备部署相似，其中运用了非稳压阻止式电源（好比SN650x）。

2.4 接管阻止式高/低侧栅极驱动器的自举辅助电源处置妄想

图 2-4. 接管高侧自举电路的阻止式驱动器

信号阻止

在图 2-4 中 ，U1 的输入信号经由阻止式栅极驱动器 UCC53xx 妨碍阻止。这样  ，纵然信号参考（开关键关键点）在全部开关周期内修正电压 ，信号也能个别使命。它还将操作器地与开关键关键点以及电源地阻止。

高侧偏置

在图 2-4 中，Dboot 以及 Cboot 用作精确偏置 U1 的自举电路。在 UCC27712 数据表中，请参阅 来抉择 Cboot，并参阅 来抉择 Dboot 。

2.5 栅极驱动变压器处置妄想

图 2-5. 运用阻止式辅助电源的阻止式驱动器

信号阻止

在图 2-5 中，U1 的输入信号经由阻止式栅极驱动器 UCC53xx 妨碍阻止。阻止式辅助电源（变压器）应承到 Q1的栅极信号具备浮动基准 ，该基准可能随开关键关键点电压的变更而变更。

高侧偏置

在图 2-5 中，不需要信号阻止，由于栅极驱动器在外部提供信号阻止  。在该配置装备部署中
，由于阻止式辅助电源，不需要自举电源 。Vbias1 以电源地为基准 ，为高侧提供浮动偏置。

3 论断

在信号道路以及适量偏置方面 ，驱动 LS 开关管的栅极至关重大。可是，在桥配置装备部署中驱动 HS MOSFET 等源极浮动的开关管会在 HS 栅极驱动器的信号道路以及偏置两方面带来一些挑战。本文提供了大批电路示例
，揭示了运用单输入栅极驱动器实现 HS 栅极驱动的差距措施
。

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