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    帶過流保護的低側柵極驅動器PCB布局技巧

    發布時間:2022-09-05 來源:英飛凌 責任編輯:wenwei

    【導讀】英飛凌的1ED44173/5/6是新的低側柵極驅動器IC,集成了過流保護(OCP)、故障狀態輸出和啟用功能。這種高集成度驅動器對于采用升壓拓撲結構并接參考地的PFC(數字控制功率因數校正)應用非常友好。


    在PFC應用中,分流器被用來采樣功率開關電流或直流母線電流。分流器的位置根據選擇的控制方法而不同。例如,在圖1例1中,分流器位于IGBT發射極和系統地之間,以便當控制器在交錯PFC應用中實施峰值電流控制或電流平衡控制時,采樣功率開關的電流。


    相比之下,圖1例2顯示了位于系統地和直流母線負極之間的分流器,以便感應直流母線電流。這種配置常用于平均電流模式控制,數字控制器可以根據平均電流和直流母線電壓反饋來計算輸入功率。


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    圖1:兩種不同類型的帶OCP的低側柵極驅動器:1ED44176N01F(例1)具有正電流采樣以滿足第一種分流器位置的要求,而1ED44173/5N01B(例2)具有負電流感應以滿足第二種分流器位置的要求


    家用空調中的應用


    在當今帶有數字控制PFC的家用空調(RAC)應用中,控制器使用功率反饋信號來實現自適應直流母線電壓控制。這樣,當使用較低的直流母線電壓時,可以在輕負載時降低損耗,而當需要滿負載時,則切換到全直流母線。


    由于分流配置不同,英飛凌設計了兩種不同類型的帶OCP的低側柵極驅動器:1ED44176N01F(圖1,例1),以及1ED44173N01B和1ED44175N01B(圖1,例2)。前者具有正電流感應滿足例一分流配置,而后兩者具有負電流感應滿足例二分流配置。1ED44175N01B的目標是驅動IGBT,而1ED44173N01B則是驅動MOSFET。


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    圖2:1ED44173/5/6功能的差異


    在PFC這樣的大電流、高速開關電路中,PCB布局始終是一個挑戰。一個好的PCB布局可以確保器件運行條件和設計穩定性。不適當的元件或布局可能會導致開關不穩定、過高的電壓振鈴或電路閂鎖。


    柵極驅動IC的最佳PCB布局技巧


    1. 當在微控制器和柵極驅動器之間采用RC濾波電路時,輸入端的布線要盡可能短(小于2-3厘米)。

    2. EN/FLT輸出是開漏輸出,所以需要用上拉電阻將其拉到5V或3.3V的邏輯電源上。設計時,將RC濾波器放在靠近柵驅動器的地方。

    3. 為了防止過電流保護中的錯誤觸發,OCP和地之間的RC濾波器接線應盡可能短。

    4. 盡可能將每個電容器安裝在靠近柵極驅動器引腳的地方。

    5. 將微控制器的地線直接連接到COM引腳(1ED44173/5N01B)。

    6. 將柵極輸出回路連接到COM,并將微控制器的接地引腳連接到VSS邏輯接地引腳(1ED44176N01F),這可以防止邏輯輸入引腳與驅動器輸出回路的噪聲耦合。


    讓我們來看看正確的布局所能產生的效果。下面的例子顯示了1ED44175N01B和TO-247 IGBT(例如IKW40N65WR5)的電路(圖3)和布局實現(圖4)的情況。通過這種設計,可以減少PCB的環路面積和電感。


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    圖3:1ED44175N01B的電路圖


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    圖4:上述電路的PCB布局


    如何減少PCB走線包圍面積以減小寄生電感


    ●   將1ED44175N01B放置在靠近IGBT柵極和發射極的地方

    ●   將去耦電容(C3)直接放在VCC和COM引腳上

    ●   將濾波電容(C1和C4)和故障清除時間編程電容(C2)放在靠近引腳的地方

    ●   將接地平面置于1ED44175N01B的正上方或正下方,這樣可以減少走線電感


    此外,連接到COM的接地平面有助于作為輻射噪聲屏蔽層,并為器件耗散功率提供散熱路徑。遵循這些布局提示可以消除常見的噪聲耦合問題,節省你的開發時間。


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    圖5:在線仿真頁面


    來源:英飛凌,作者:Wchu1,翻譯:陳子穎



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