帶過流保護的低側(cè)柵極驅(qū)動器PCB布局技巧

英飛凌的1ED44173/5/6是新的低側(cè)柵極驅(qū)動器IC，集成了過流保護（OCP）、故障狀態(tài)輸出和啟用功能。這種高集成度驅(qū)動器對于采用升壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)并接參考地的PFC（數(shù)字控制功率因數(shù)校正）應(yīng)用非常友好。

在PFC應(yīng)用中，分流器被用來采樣功率開關(guān)電流或直流母線電流。分流器的位置根據(jù)選擇的控制方法而不同。例如，在圖1例1中，分流器位于IGBT發(fā)射極和系統(tǒng)地之間，以便當(dāng)控制器在交錯PFC應(yīng)用中實施峰值電流控制或電流平衡控制時，采樣功率開關(guān)的電流。

相比之下，圖1例2顯示了位于系統(tǒng)地和直流母線負(fù)極之間的分流器，以便感應(yīng)直流母線電流。這種配置常用于平均電流模式控制，數(shù)字控制器可以根據(jù)平均電流和直流母線電壓反饋來計算輸入功率。

圖1：兩種不同類型的帶OCP的低側(cè)柵極驅(qū)動器：1ED44176N01F（例1）具有正電流采樣以滿足第一種分流器位置的要求，而1ED44173/5N01B（例2）具有負(fù)電流感應(yīng)以滿足第二種分流器位置的要求

家用空調(diào)中的應(yīng)用

在當(dāng)今帶有數(shù)字控制PFC的家用空調(diào)（RAC）應(yīng)用中，控制器使用功率反饋信號來實現(xiàn)自適應(yīng)直流母線電壓控制。這樣，當(dāng)使用較低的直流母線電壓時，可以在輕負(fù)載時降低損耗，而當(dāng)需要滿負(fù)載時，則切換到全直流母線。

由于分流配置不同，英飛凌設(shè)計了兩種不同類型的帶OCP的低側(cè)柵極驅(qū)動器：1ED44176N01F（圖1，例1），以及1ED44173N01B和1ED44175N01B（圖1，例2）。前者具有正電流感應(yīng)滿足例一分流配置，而后兩者具有負(fù)電流感應(yīng)滿足例二分流配置。1ED44175N01B的目標(biāo)是驅(qū)動IGBT，而1ED44173N01B則是驅(qū)動MOSFET。

圖2：1ED44173/5/6功能的差異

在PFC這樣的大電流、高速開關(guān)電路中，PCB布局始終是一個挑戰(zhàn)。一個好的PCB布局可以確保器件運行條件和設(shè)計穩(wěn)定性。不適當(dāng)?shù)脑虿季挚赡軙?dǎo)致開關(guān)不穩(wěn)定、過高的電壓振鈴或電路閂鎖。

柵極驅(qū)動IC的最佳PCB布局技巧

1. 當(dāng)在微控制器和柵極驅(qū)動器之間采用RC濾波電路時，輸入端的布線要盡可能短（小于2-3厘米）。

2. EN/FLT輸出是開漏輸出，所以需要用上拉電阻將其拉到5V或3.3V的邏輯電源上。設(shè)計時，將RC濾波器放在靠近柵驅(qū)動器的地方。

3. 為了防止過電流保護中的錯誤觸發(fā)，OCP和地之間的RC濾波器接線應(yīng)盡可能短。

4. 盡可能將每個電容器安裝在靠近柵極驅(qū)動器引腳的地方。

5. 將微控制器的地線直接連接到COM引腳（1ED44173/5N01B）。

6. 將柵極輸出回路連接到COM，并將微控制器的接地引腳連接到VSS邏輯接地引腳（1ED44176N01F），這可以防止邏輯輸入引腳與驅(qū)動器輸出回路的噪聲耦合。

讓我們來看看正確的布局所能產(chǎn)生的效果。下面的例子顯示了1ED44175N01B和TO-247 IGBT（例如IKW40N65WR5）的電路（圖3）和布局實現(xiàn)（圖4）的情況。通過這種設(shè)計，可以減少PCB的環(huán)路面積和電感。

圖3：1ED44175N01B的電路圖

圖4：上述電路的PCB布局

如何減少PCB走線包圍面積以減小寄生電感

●   將1ED44175N01B放置在靠近IGBT柵極和發(fā)射極的地方

●   將去耦電容（C3）直接放在VCC和COM引腳上

●   將濾波電容（C1和C4）和故障清除時間編程電容（C2）放在靠近引腳的地方

●   將接地平面置于1ED44175N01B的正上方或正下方，這樣可以減少走線電感

此外，連接到COM的接地平面有助于作為輻射噪聲屏蔽層，并為器件耗散功率提供散熱路徑。遵循這些布局提示可以消除常見的噪聲耦合問題，節(jié)省你的開發(fā)時間。

圖5：在線仿真頁面

來源：英飛凌，作者：Wchu1，翻譯：陳子穎