【導讀】在電源和電機驅動應用中，功率MOS可以在不同的調製方式下，實現相應的能量轉換功能。單個MOS驅動的結構如圖1所示，通過MCU的 PWM模塊調整占空比
，控製功率MOS的通斷，達到相應的功能。另外，在一些過壓，過流和過載工況下


，功率MOS很容易損壞，從而造成整個驅動板的失效

，甚至存在起火的風險。本文提出兩個冗餘驅動線路，可以有效避免MOS單點失效的負麵影響。

圖1：典型的有刷電動工具驅動係統

如圖2所示，通過冗餘的驅動和功率MOS，可以實現驅動的冗餘，有效地隔離MOS失效的故障。在本設計中，驅動線路是完全隔離的

，即驅動的原邊和副邊是隔離，驅動通道1和通道2是隔離。即使MOS失效
，比如任意MOS短路
，係統的高壓並不能傳導到低壓，從而實現故障隔離。

圖2：雙管冗餘驅動方案

雙管冗餘驅動方案的設計要點如下：

●     可以采用兩個單通道的隔離驅動IC
，如果采用隔離半橋驅動芯片，芯片需要支持overlap模式。

●     輸(shu)入(ru)通(tong)道(dao)的(de)供(gong)電(dian)通(tong)過(guo)電(dian)阻(zu)和(he)二(er)極(ji)管(guan)連(lian)接(jie)到(dao)驅(qu)動(dong)供(gong)電(dian)軌(gui)。當(dang)下(xia)管(guan)導(dao)通(tong)時(shi)，驅(qu)動(dong)電(dian)壓(ya)軌(gui)通(tong)過(guo)自(zi)舉(ju)二(er)極(ji)管(guan)為(wei)自(zi)舉(ju)電(dian)容(rong)充(chong)電(dian)，自(zi)舉(ju)電(dian)容(rong)上(shang)的(de)電(dian)壓(ya)可(ke)以(yi)為(wei)上(shang)橋(qiao)臂(bi)驅(qu)動(dong)模(mo)塊(kuai)供(gong)電(dian)。

●     自舉二極管擊穿電壓大於母線電壓。

●     隔離IC的隔離工作電壓大於母線電壓。

●     PWM輸入信號，經過RC濾波網絡，避免輸入幹擾信號。

圖3：典型的有刷電動工具驅動係統

UCC21225A 是隔離的雙通道驅動芯片，原邊供電電壓3V-18V
，副邊供電電壓6.5V – 25V，驅動延遲時間18ns，CMTI為100V/ns，驅動能力4A/6A，隔離等級為2500Vrms（在UL1577標準下）。UCC21225A根據外圍線路
，支持兩通道的低邊驅動，兩通道的高邊驅動和半橋驅動。在本文中
，通過配置DT引腳，UCC21225工作在overlap模式。

表1：UCC21225A的參數表

同時
，UCC21225A具備隔離驅動的特性
，輸入和輸出是隔離的，兩個驅動通道之間也是隔離的。TI技術說明文檔“Understanding failure modes in isolators”，詳細給出了隔離器件的失效模式。由該文檔可知，在失效模式2下，輸入模塊
、隔離驅動模塊1和隔離驅動模塊2中的任一一個模塊發生故障（短路或者開路）
，不會擊穿絕緣基，即故障不會傳導到其他模塊。根據以上分析
，MOS的不同形式的單點失效

，對係統的影響如表格2所示。

表2：MOS不同失效下係統的影響

通過以上分析得知，在單個MOS的DS、GD、GS、GDS短路等失效條件下，可以保證係統功能正常，阻斷故障點的擴大。但是在單個MOS的GS和DS開路失效條件下，功率回路斷開，係統可靠關斷。同時
，如果雙管冗餘驅動方案中的隔離半橋驅動，采用支持overlap的非隔離半橋驅動，對於單個MOS的DS短路故障
，可以做到良好的隔離
，對於MOS的GD
、GS和GDS短路失效，會造成驅動IC損壞，係統功能損壞。

雙管冗餘驅動方案在MOS的GS和DS開路失效下
，係統的功能異常
，在雙管冗餘驅動方案上進一步改進
，將MOS和驅動線路加倍，雙路MOS並聯在一起
，可以保證在MOS的GS和DS開路失效條件下
，係統功能正常。

圖4：四管冗餘驅動線路

最後
，雖然本文給出的示例都是低側MOS驅動，在提供隔離驅動電壓軌下
，該方案也可以拓展到高側MOS驅動。雙管冗餘和四管冗餘驅動線路的優缺點如下：

表3：雙管冗餘和四管冗餘驅動方案的優缺點分析

本文給出兩種MOS的冗餘驅動線路
，可以有效避免MOS單點故障造成的影響，在MOS的DS
、GD、GS、GDS短路等條件下，雙管冗餘驅動可以保證係統功能正常
，阻斷故障點的擴大。同時四管冗餘驅動，可以保證係統在MOS的任意單點故障下，隔離故障，係統功能正常。

免責聲明：本文為轉載文章，轉載此文目的在於傳遞更多信息，版權歸原作者所有。本文所用視頻
、圖片
、文字如涉及作品版權問題，請聯係小編進行處理。

推薦閱讀：

不按常理出牌的振蕩電路

使用5G無線技術連接未來

從夜視到“元宇宙”入口設備
，ALD光學鍍膜不斷突破技術和市場邊界

基本DAC架構：分段DAC

ToF係統設計—第2部分：飛行時間景深測量攝像頭的光學設計