本應用筆記介紹了采用表面貼裝封裝的 n 通道雙 MOSFET 的低壓電機驅動(dòng)設計。它描述了使用不同電壓應用的設計，以及自適應 MOSFET 柵極驅動(dòng)器，這是驅動(dòng)雙 n 溝道半橋的第三種方法。
低壓電機驅動(dòng)器使用兩種基本 MOSFET 配置：n 溝道半橋以及 p 和 n 溝道（互補）半橋�；パa方法的主要優(yōu)點(diǎn)是其柵極驅動(dòng)電路的簡(jiǎn)單性，如 Vishay Siliconix 應用筆記 AN90-4 中所述。當 n 溝道 MOSFET 用于高側（或“上部”）開(kāi)關(guān)時(shí)，柵極驅動(dòng)信號需要電平轉換，從而導致復雜性和成本增加。
5V 應用
在圖 1 中，電荷泵電路用于將 5 V 電源（實(shí)際上為 4.5 V）升壓至足以直接驅動(dòng)上部和下部 MOSFET 柵極的電壓。
5V、三相電機驅動(dòng)
下部 n 溝道器件的額定電壓，并為上部 n 溝道 MOSFET 提供至少 7.5 V 的柵極增強電壓�！败壍杰墶彬寗�(dòng)所有柵極 考慮到輸入電平變化（4.5 至 5.5 V）和電荷泵損耗，產(chǎn)生的電源電壓范圍約為 12 至 16 V。該電壓范圍安全地在 20 -V 柵源導致較低器件的阻抗稍低。然而，在電機驅動(dòng)中，總阻抗（一個(gè)上部 MOSFET 加一個(gè)下部 MOSFET）通常比對稱(chēng)性更重要。
12V 應用
如果可以接受動(dòng)態(tài)柵極驅動(dòng)技術(shù)，則可以大大簡(jiǎn)化中間低壓應用（大約 12V）。自舉電容器布置是一種簡(jiǎn)單且廉價(jià)的方法，可提供驅動(dòng)高側柵極所需的電壓（圖 2）。在相對較窄的電壓范圍（約 10 至 20 V）內，可以選擇簡(jiǎn)單的無(wú)源上拉 (R1) 值，以提供快速轉換速率和可容忍的開(kāi)關(guān)損耗。對于高于 20V 的工作電壓，可能需要采用有源上拉電平移位裝置，并且應使用齊納二極管對 Q2 的柵源進(jìn)行鉗位，以保證不違反 V GS 額定值。采用這種技術(shù)時(shí)，工作電壓低于約 10 V 可能會(huì )導致 Q2 柵極驅動(dòng)不足。自舉電容器中存儲的電壓等于 10V（電源電壓）減去二極管壓降，再減去 MOSFET 壓降（Q1 上的負載電流 xr DS(on)）。該電壓因電荷而進(jìn)一步降低，必須傳輸電荷才能充分增強 Q2 的柵極，并且電壓會(huì )因流經(jīng) D1 和 Q3 的漏電流而隨時(shí)間衰減。
12V電機驅動(dòng)
在圖 2 中，下部 MOSFET (Q1) 和電平轉換 MOSFET (Q3) 的輸入連接在一起。自舉布置并不能完全消除使用關(guān)閉兩個(gè)輸出器件的換向或調制序列，并且有必要在開(kāi)啟 Q2 之前開(kāi)啟 Q1 以對自舉電容器進(jìn)行再充電。Q2 不能無(wú)限期地保持，并且自舉裝置固有的“動(dòng)態(tài)”性質(zhì)使其無(wú)法在某些電機驅動(dòng)應用中使用。但對于許多其他人來(lái)說(shuō)，它可以提供技術(shù)上可接受且極具成本效益的解決方案。
12V 至 36V 應用
簡(jiǎn)單、元件少的電荷泵電路可為中壓應用提供靜態(tài)操作和可容忍的開(kāi)關(guān)時(shí)間。圖 3 所示的電荷泵電路已減少到少數量的組件，并假設系統 12V 電源可用于驅動(dòng)接地參考 MOSFET 柵極和振蕩器。遠高于所需開(kāi)關(guān)頻率的振蕩器頻率將利用小電荷泵電容 (C1) 在短的時(shí)間內對高側 MOSFET 柵極進(jìn)行充電。在此示例中，為了實(shí)現 20kHz 開(kāi)關(guān)頻率和可容忍的開(kāi)關(guān)損耗，選擇了 2MHz 振蕩器和 0.001μF 電荷泵電容器以獲得 500ns 的輸出上升時(shí)間。
12 至 36 V 電機驅動(dòng)
Si9910DY 自適應 MOSFET 柵極驅動(dòng)器（圖 4）提供了第三種驅動(dòng)雙 n 溝道半橋的方法。雖然 Si9910 設計用于以更高功率水平驅動(dòng) MOSFET，但事實(shí)證明，Si9910 對于低功率系統來(lái)說(shuō)是一種極具成本效益的解決方案（與分立解決方案相比）。
Si9910 在集成 MOSFET 柵極驅動(dòng)器中，它提供低輸出阻抗，同時(shí)在開(kāi)啟（輸出高電平）時(shí)消耗小于 1 A 的電源電流。這使得驅動(dòng)器能夠以高側開(kāi)關(guān)的源極為參考，并由自舉電容器、電荷泵或兩者的組合供電。將 Si9910 與自舉電容器的高峰值電流能力相結合，可實(shí)現快速、高效的轉換速率。添加小型電荷泵將克服導通狀態(tài)泄漏損耗，從而提供高側輸出器件的連續（靜態(tài)）操作。Si9910 還提供 di/dt、dv/dt 和直通電流控制以及欠壓和災難性電流保護的方法。 |
