帶過(guò)流保護的低側柵極驅動(dòng)器PCB布局技巧

英飛凌的1ED44173/5/6是新的低側柵極驅動(dòng)器IC，集成了過(guò)流保護（OCP）、故障狀態(tài)輸出和啟用功能。這種高集成度驅動(dòng)器對于采用升壓拓撲結構并接參考地的PFC（數字控制功率因數校正）應用非常友好。

在PFC應用中，分流器被用來(lái)采樣功率開(kāi)關(guān)電流或直流母線(xiàn)電流。分流器的位置根據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)射極和系統地之間，以便當控制器在交錯PFC應用中實(shí)施峰值電流控制或電流平衡控制時(shí)，采樣功率開(kāi)關(guān)的電流。

相比之下，圖1例2顯示了位于系統地和直流母線(xiàn)負極之間的分流器，以便感應直流母線(xiàn)電流。這種配置常用于平均電流模式控制，數字控制器可以根據平均電流和直流母線(xiàn)電壓反饋來(lái)計算輸入功率。

圖1：兩種不同類(lèi)型的帶OCP的低側柵極驅動(dòng)器：1ED44176N01F（例1）具有正電流采樣以滿(mǎn)足第一種分流器位置的要求，而1ED44173/5N01B（例2）具有負電流感應以滿(mǎn)足第二種分流器位置的要求

家用空調中的應用

在當今帶有數字控制PFC的家用空調（RAC）應用中，控制器使用功率反饋信號來(lái)實(shí)現自適應直流母線(xiàn)電壓控制。這樣，當使用較低的直流母線(xiàn)電壓時(shí)，可以在輕負載時(shí)降低損耗，而當需要滿(mǎn)負載時(shí)，則切換到全直流母線(xiàn)。

由于分流配置不同，英飛凌設計了兩種不同類(lèi)型的帶OCP的低側柵極驅動(dòng)器：1ED44176N01F（圖1，例1），以及1ED44173N01B和1ED44175N01B（圖1，例2）。前者具有正電流感應滿(mǎn)足例一分流配置，而后兩者具有負電流感應滿(mǎn)足例二分流配置。1ED44175N01B的目標是驅動(dòng)IGBT，而1ED44173N01B則是驅動(dòng)MOSFET。

圖2：1ED44173/5/6功能的差異

在PFC這樣的大電流、高速開(kāi)關(guān)電路中，PCB布局始終是一個(gè)挑戰。一個(gè)好的PCB布局可以確保器件運行條件和設計穩定性。不適當的元件或布局可能會(huì )導致開(kāi)關(guān)不穩定、過(guò)高的電壓振鈴或電路閂鎖。

柵極驅動(dòng)IC的最佳PCB布局技巧

1. 當在微控制器和柵極驅動(dòng)器之間采用RC濾波電路時(shí)，輸入端的布線(xiàn)要盡可能短（小于2-3厘米）。

2. EN/FLT輸出是開(kāi)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。設計時(shí)，將RC濾波器放在靠近柵驅動(dòng)器的地方。

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

4. 盡可能將每個(gè)電容器安裝在靠近柵極驅動(dòng)器引腳的地方。

5. 將微控制器的地線(xiàn)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動(dòng)器輸出回路的噪聲耦合。

讓我們來(lái)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(shí)現（圖4）的情況。通過(guò)這種設計，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(xiàn)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(shí)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(xiàn)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(jiàn)的噪聲耦合問(wèn)題，節省你的開(kāi)發(fā)時(shí)間。

圖5：在線(xiàn)仿真頁(yè)面

來(lái)源：英飛凌，作者：Wchu1，翻譯：陳子穎