許多高性能、高頻率的PWM控製芯片，無論是數字類型還是模擬類型，都不具備或隻有有限的直接驅動功率MOSFET的能力。因為功率MOSFET對柵極驅動電流有較高的要求，驅動芯片就相當於PWM開關控製芯片與功率MOSFETzhijiandeqiaoliang
，yonglaijiangkaiguanxinhaodianliuhedianyafangda，tongshijubeiyidingdeguzhanggelinengli。yidanquedinglexuanyongmouzhongkaiguandianyuanfanganhou，jiexialaijiuyaoxuanzeheshidequdongIC
，而選好驅動芯片
，就需要硬件工程師對電路特性有一定的了解。

 

 

以典型的AC/DC開關電源係統為例
，PFC部分采用無橋升壓拓撲
，可選用一顆NSD1025同時驅動兩路開關MOSFET
，LLC的原邊可用一顆半橋隔離驅動芯片NSi6602同時驅動上下橋臂MOSFET
，副邊用一顆NSD1025驅動全波同步整流MOSFET。選用高速高可靠性的驅動IC
，可以幫助電源係統提升效率和功率密度。

 

由於開關電源經常需要硬開關驅動大功率負載

，在硬開關以及布局限製的情況下，功率MOSFET往(wang)往(wang)會(hui)對(dui)驅(qu)動(dong)芯(xin)片(pian)的(de)輸(shu)入(ru)和(he)輸(shu)出(chu)端(duan)形(xing)成(cheng)較(jiao)大(da)的(de)地(di)彈(dan)電(dian)壓(ya)和(he)振(zhen)蕩(dang)尖(jian)峰(feng)電(dian)壓(ya)。地(di)彈(dan)電(dian)壓(ya)會(hui)造(zao)成(cheng)驅(qu)動(dong)器(qi)輸(shu)入(ru)端(duan)等(deng)效(xiao)出(chu)現(xian)負(fu)電(dian)壓(ya)，因(yin)為(wei)內(nei)部(bu)等(deng)效(xiao)體(ti)二(er)極(ji)管(guan)，大(da)多(duo)數(shu)柵(zha)極(ji)驅(qu)動(dong)器(qi)能(neng)夠(gou)承(cheng)受(shou)一(yi)定(ding)的(de)負(fu)壓(ya)脈(mai)衝(chong)。然(ran)而(er)，亦(yi)有(you)必(bi)要(yao)采(cai)取(qu)預(yu)防(fang)措(cuo)施(shi)，以(yi)防(fang)止(zhi)驅(qu)動(dong)器(qi)輸(shu)入(ru)端(duan)的(de)過(guo)衝(chong)和(he)欠(qian)壓(ya)尖(jian)峰(feng)過(guo)大(da)，而(er)對(dui)驅(qu)動(dong)芯(xin)片(pian)造(zao)成(cheng)損(sun)壞(huai)，或(huo)產(chan)生(sheng)誤(wu)動(dong)作(zuo)。

 

驅動輸入端負壓尖峰的形成原因

 

仍以PFC拓撲為例，低邊驅動器用在控製芯片與功率MOSFET之間，以幫助減小開關損耗,並為MOSFET提供足夠的驅動電流
，以跨過米勒平台區域，實現快速打開。在開關MOSFET的時候
，有一個高di/dt的脈衝產生
，這種快速變化與寄生電感共同作用
，產生了負電壓峰值，可以用Vn = Lss* di/dt公式估算。Lss代表寄生電感。寄生電感值約等於功率MOSFET的內部鍵合線和PCB回線接地回路中的電感量之和，其值可以從幾nH至十幾nH不等，寄生電感大小主要取決於PCB布局布線。

 

從上麵等式可以看出
，負向電壓與寄生電感和電流變化率均成正比。在典型的低邊柵極驅動電路中，雖然控製器和功率MOSFET使用同一個直流地平麵作為參考，但一些情況下，由於驅動器和控製器有一定距離，所以總會存在寄生電感。高di/dt的電流在流經MOSFET及(ji)其(qi)板(ban)級(ji)回(hui)路(lu)時(shi)，寄(ji)生(sheng)電(dian)感(gan)存(cun)在(zai)會(hui)導(dao)致(zhi)驅(qu)動(dong)器(qi)的(de)地(di)電(dian)位(wei)相(xiang)對(dui)於(yu)控(kong)製(zhi)器(qi)地(di)電(dian)位(wei)瞬(shun)間(jian)抬(tai)升(sheng)，驅(qu)動(dong)器(qi)的(de)輸(shu)入(ru)和(he)地(di)之(zhi)間(jian)就(jiu)相(xiang)當(dang)於(yu)出(chu)現(xian)一(yi)個(ge)瞬(shun)間(jian)負(fu)壓(ya)。在(zai)極(ji)端(duan)情(qing)況(kuang)下(xia)，可(ke)能(neng)造(zao)成(cheng)驅(qu)動(dong)器(qi)內(nei)部(bu)輸(shu)入(ru)ESD器件受損，驅動器出現失效。

 

 

另一個常見的出現輸入負壓的場景與對MOSFET進行電流采樣相關。為了實現更精確的控製

，有時在功率MOSFET和大地之間會接一個采樣電阻

，用這個采樣電阻來檢測流過MOSFET的電流，從而使控製器能快速做出響應。而為了使MOSFET的驅動環路足夠小，會將驅動器的GND引腳與MOSFET的源極連接在一起，而控製芯片的GND與真正的地平麵在一起
，這樣驅動器的GND和控製芯片GND之間就會存在一個偏置電壓，因此控製芯片輸出低電平時，相對於驅動器的輸入端，則有一個負向的偏置電壓。

 

 

如何應對輸入端負壓

 

對dui於yu寄ji生sheng電dian感gan引yin起qi的de輸shu入ru瞬shun間jian負fu壓ya，一yi般ban有you三san種zhong應ying對dui方fang案an。首shou先xian，可ke以yi通tong過guo減jian小xiao開kai關guan速su度du來lai降jiang低di影ying響xiang，減jian小xiao開kai關guan速su度du能neng降jiang低di電dian流liu變bian化hua速su率lvdi/dt，瞬(shun)間(jian)負(fu)壓(ya)幅(fu)度(du)也(ye)就(jiu)會(hui)下(xia)降(jiang)。但(dan)這(zhe)樣(yang)處(chu)理(li)有(you)副(fu)作(zuo)用(yong)，降(jiang)低(di)開(kai)關(guan)速(su)度(du)就(jiu)會(hui)增(zeng)加(jia)轉(zhuan)換(huan)時(shi)間(jian)
，所(suo)以(yi)會(hui)增(zeng)加(jia)開(kai)關(guan)損(sun)耗(hao)
，而(er)在(zai)一(yi)些(xie)應(ying)用(yong)中(zhong)如(ru)果(guo)對(dui)響(xiang)應(ying)時(shi)間(jian)有(you)要(yao)求(qiu)
，降(jiang)低(di)開(kai)關(guan)速(su)度(du)的(de)方(fang)法(fa)就(jiu)未(wei)必(bi)適(shi)合(he)。

 

第二種方法是盡可能優化PCB布bu局ju布bu線xian
，減jian小xiao寄ji生sheng參can數shu，從cong而er減jian小xiao負fu壓ya峰feng值zhi
，這zhe是shi係xi統tong設she計ji中zhong常chang見jian的de方fang法fa
，但dan需xu要yao硬ying件jian工gong程cheng師shi有you非fei常chang豐feng富fu的de設she計ji經jing驗yan，而er在zai一yi些xie設she計ji條tiao件jian限xian製zhi下xia，也ye可ke能neng無wu法fa優you化huaPCB布局布線

 

第三種方法是選擇抗幹擾能力強的器件
，例如納芯微電子新推出的同相雙通道高速柵極驅動器NSD1025。NSD1025通過優化輸入端的ESD結構，能夠承受最大-10V的輸入電壓，相比其他競品驅動，NSD1025更能應對常見應用場景的瞬態負脈衝，有更好的可靠性。

 

經jing驗yan豐feng富fu的de工gong程cheng師shi通tong常chang會hui同tong時shi考kao慮lv三san種zhong抗kang擾rao方fang案an，然ran後hou根gen據ju應ying用yong約yue束shu來lai達da到dao最zui優you選xuan擇ze。但dan選xuan擇ze抗kang幹gan擾rao能neng力li強qiang的de器qi件jian，無wu疑yi能neng為wei整zheng個ge係xi統tong的de設she計ji帶dai來lai更geng多duo的de容rong錯cuo空kong間jian與yu選xuan擇ze餘yu地di，所suo以yi也ye就jiu成cheng為wei工gong程cheng師shi在zai係xi統tong設she計ji時shi候hou的de第di一yi步bu。

 

除了耐受負壓能力強
，NSD1025還hai提ti供gong欠qian壓ya鎖suo定ding功gong能neng
，保bao持chi輸shu出chu低di電dian平ping直zhi到dao電dian源yuan電dian壓ya進jin入ru工gong作zuo範fan圍wei內nei

，而er高gao低di閾yu值zhi之zhi間jian的de遲chi滯zhi功gong能neng也ye提ti供gong了le更geng出chu色se的de抗kang幹gan擾rao能neng力li。非fei常chang適shi合he電dian源yuan係xi統tong、電機控製器、線性驅動器和GaN等寬帶隙功率器件驅動等應用場景。

 

 

在NSD1025之後，納芯微還將推出600V高低邊驅動器，以及專為GaN設計的600V高低邊驅動芯片。可為工程師在工業電源、電機驅動等應用中的抗幹擾設計
，帶來更好的解決方案。

 

 

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