HVIC半橋和高邊驅(qū)動器

　　使用小于1A的峰值輸出電流的車用HVIC驅(qū)動器將會逐漸增多。這些驅(qū)動器可用于高達600V的高壓負載。從低壓電池以12V或24V運行低壓負載也是很經(jīng)濟的。帶有適當柵極電阻網(wǎng)絡(luò)的較低輸出電流可提供更低的PWM電磁輻射，從幾百赫茲到幾十千赫茲。

　　使用HVIC時，即使在較低電壓（12V或24V）情況下，使用高邊驅(qū)動器，半橋、全橋和多相橋來驅(qū)動負載仍具有實用價值和經(jīng)濟意義。除了HEV/EV外，如電動助力轉(zhuǎn)向中，這一拓撲得到充分體現(xiàn)。圖3顯示了一個用于單端負載PWM的通用半橋配置，可進行有效再循環(huán)。此半橋拓撲可用于接地負載或連接電池的負載，以及其它各種電源電壓。全橋或多相配置可用于往復雨刷、可逆流動循環(huán)泵和雙向冷卻風扇。

　　圖3 HVIC半橋

　　在中壓應(yīng)用（V_Load約為100V）中，如一些柴油噴射應(yīng)用，高邊HVIC柵極驅(qū)動器可提供卓越的性能。FAN7081_GF085、FAN7083_GF085和FAN7085_GF085都比較適合此類市場。在一些負載主要是電容性的負載配置中，在每個周期中，建立升壓電容自舉電壓可能需要一個DC再充電路徑。FAN7085_GF085為該負載配置提供了特殊功能，通過內(nèi)部延遲來防止再充電路徑中的擊穿傳導。

　　圖4 HVIC高邊及Vboot再充電功能

　　HVIC高電流驅(qū)動器

　　高功率DC/DC轉(zhuǎn)換器在HEV/EV電氣系統(tǒng)中比較常見。這些通常都是全橋前端驅(qū)動的正向轉(zhuǎn)換器。關(guān)鍵特性包括：

　　1. 主牽引升壓轉(zhuǎn)換器，將主要電池從特定充電電壓（大約150V到300V）提升至驅(qū)動電壓，可能是600V或者更高。額定功率由車輛牽引功率決定。

　　2. 用于附件的降壓轉(zhuǎn)換器，代替HEV/EV汽車的交流發(fā)電機和12V/24V電池，驅(qū)動照明、雨刷、HVAC、除霜裝置、座椅、娛樂信息系統(tǒng)、電動窗以及其它所有低壓設(shè)備。其中一些是雙向的，使用低功率反向模式來替代應(yīng)急電源（快速啟動）升壓逆變器。正向時功率可能在1.5KW到3KW之間。這些轉(zhuǎn)換器必須在與牽引升壓轉(zhuǎn)換器相同的輸入電壓范圍內(nèi)工作。

　　3. 充電設(shè)備中的降壓轉(zhuǎn)換器將離線PFC升壓電壓（約400V）降低成一個可調(diào)充電電壓。轉(zhuǎn)換器的大小由其目標兼容性以及AC電源確定。

　　由于高功率要求，所需工作頻率持續(xù)提高以減少磁路重量和體積。使用現(xiàn)今的IGBT進行的設(shè)計通常被限制為小于100kHZ。使用MOSFET的應(yīng)用可能以250kHZ或者更高的功率工作。許多設(shè)計采用諸如串聯(lián)諧振操作和零電壓開關(guān)這類技術(shù)要驅(qū)動這些較大功率全橋應(yīng)用中使用的大功率器件，進行快速開關(guān)和精度控制，飛兆半導體高電流HVIC提供超過4Amp的峰值灌電流和拉電流，加快上升和下降時間（小于15/25nS）并降低傳導時間（小于150nS）。實現(xiàn)運行穩(wěn)健性的關(guān)鍵特征包括采用滯洄的輸入抗干擾性能和輸出共橋點上允許的較大負電壓擺幅。飛兆半導體將后者稱之為–Vs額定值，對于所有符合AECQ100的HVIC而言，當Vb=15V時，該值通常為-9.8V。為了防止柵極驅(qū)動不足，對每個循環(huán)周期都進行欠壓鎖定操作。它們獨立于FAN7190_F085的高低驅(qū)動器部分。

　　選擇設(shè)計方面

　　進行實際設(shè)計時，柵極電路上的電阻網(wǎng)路必須是最小的，以便控制峰值柵極電流，提高瞬態(tài)免疫性，改善輻射，抑制諸如柵極振蕩等寄生效應(yīng)，在供電和省電模式下創(chuàng)造眾所周知的“關(guān)閉”條件。注意，寄生電感、大電流通路中的偏壓以及開關(guān)瞬態(tài)都是很重要。產(chǎn)品資料和應(yīng)用指南均提供了柵極電流通路中針對導通和關(guān)斷周期的重要指導。

　　在HVIC中，接在Vs和中心負載點之間如串聯(lián)電阻一樣簡單的元件可以提高瞬態(tài)免疫性。尤其要注意自舉電源以保護Vb瞬態(tài)，防止導致IC失效的過壓狀況。常見的一個錯誤是根據(jù)充電時間、柵極導通峰值電流和導通狀態(tài)下的電流消耗選擇自舉電容的結(jié)構(gòu)和電氣參數(shù)。這里提供若干應(yīng)用指南可幫助設(shè)計人員為低邊和高邊驅(qū)動電路選擇元件，并根據(jù)設(shè)計選擇HIVC自舉元件。

　　柵極驅(qū)動器的電路模擬通常是由簡單的行為模型完成的。理想電源可用于已定義的上升和下降時間，傳播延遲以及數(shù)據(jù)表中的其它關(guān)鍵特征。電流驅(qū)動能力可使用串聯(lián)輸出電阻來模擬，選擇該電阻用于支持峰值柵極電流以及Vb/2時的輸出，如數(shù)據(jù)表所示。

　　幸運的是，HEV/EV技術(shù)的發(fā)展為今天的設(shè)計人員提供豐富的知識和參考資料，這些參考資料在幾年前都并不存在。隨著多個OEM的出現(xiàn)，產(chǎn)生了新一代具有廣闊市場的高壓系統(tǒng)汽車，這里也提供一些實踐經(jīng)驗。在當今的半導體行業(yè)中，通過客戶讓供應(yīng)商了解未來的功能需求。

　　作者：飛兆半導體公司John Hargenrader

本文轉(zhuǎn)摘自電子發(fā)燒友網(wǎng)《汽車電子特刊》5月刊

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