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MOSFET之(zhi)間(jian)的(de)橋(qiao)梁(liang)
，用(yong)來(lai)將(jiang)開(kai)關(guan)信(xin)號(hao)電(dian)流(liu)和(he)電(dian)壓(ya)放(fang)大(da)
，同(tong)時(shi)具(ju)備(bei)一(yi)定(ding)的(de)故(gu)障(zhang)隔(ge)離(li)能(neng)力(li)。一(yi)旦(dan)確(que)定(ding)了(le)選(xuan)用(yong)某(mou)種(zhong)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)方(fang)案(an)後(hou)，接(jie)下(xia)來(lai)就(jiu)要(yao)選(xuan)擇(ze)合(he)適(shi)的(de)驅(qu)動(dong)IC
，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MOSFETwangwanghuiduiqudongxinpiandeshuruheshuchuduanxingchengjiaodadedidandianyahezhendangjianfengdianya。didandianyahuizaochengqudongqishuruduandengxiaochuxianfudianya，yinweineibudengxiaotierjiguan，daduoshuzhajiqudongqinenggouchengshouyidingdefuyamaichong。raner
，yiyoubiyaocaiquyufangcuoshi，yifangzhiqudongqishuruduandeguochongheqianyajianfengguoda
，erduiqudongxinpianzaochengsunhuai，huochanshengwudongzuo。

 

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ruESD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

 

duiyujishengdianganyinqideshurushunjianfuya
，yibanyousanzhongyingduifangan。shouxian，keyitongguojianxiaokaiguansudulaijiangdiyingxiang
，jianxiaokaiguansudunengjiangdidianliubianhuasulvdi/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(hua)PCB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。

 

jingyanfengfudegongchengshitongchanghuitongshikaolvsanzhongkangraofangan，ranhougenjuyingyongyueshulaidadaozuiyouxuanze。danxuanzekangganraonengliqiangdeqijian，wuyinengweizhenggexitongdeshejidailaigengduoderongcuokongjianyuxuanzeyudi，suoyiyejiuchengweigongchengshizaixitongshejishihoudediyibu。

 

除了耐受負壓能力強，NSD1025haitigongqianyasuodinggongneng，baochishuchudidianpingzhidaodianyuandianyajinrugongzuofanweinei
，ergaodiyuzhizhijiandechizhigongnengyetigonglegengchusedekangganraonengli。feichangshihedianyuanxitong、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。

 

 

推薦閱讀：