帶電流檢測的門(mén)極驅動(dòng)ICs: IR212X

概要

器件介紹
電流檢測原理
電流檢測電路結構
布線(xiàn)注意事項

1） 器件介紹

IR有四款單通道驅動(dòng)器具有電流檢測功能。IR2121和IR2125分別為低端和高端驅動(dòng)器，它們具有較高的驅動(dòng)能力（1A出/2A 入）。這兩款器件內的電流檢測電路使用一個(gè)定時(shí)電路，由ERR 腳來(lái)確定從檢測出過(guò)流到關(guān)閉輸出的延遲時(shí)間。IR2127 和IR2128 都是高端驅動(dòng)器（IR2127 的輸入為高有效，IR2128的輸入為低有效），它們的輸出能力較低（200mA出/420mA入），電流檢測電路也比較簡(jiǎn)單。

對于那些需要長(cháng)時(shí)間輸出為高，或者負載阻抗較大（>500 ohm）的應用，自舉電容上的電壓就會(huì )下降。這種情況下就需要一個(gè)充電泵電路（見(jiàn)應用指南AN978）。如何選擇自舉元件請看DT98-2“驅動(dòng)自舉元件的選擇”。

2） 電流檢測原理

IR2127/IR2128 電流檢測功能

圖一給出了IR2127/IR2128 的典型接線(xiàn)圖。CS 腳即是用來(lái)檢測電流的。檢測電路有一段間隙時(shí)間以確定在器件開(kāi)通時(shí)CS不被誤觸發(fā)（在緊接輸出變高后的一段與間隙時(shí)間相等的時(shí)間里，標么值為750nS，IC最初忽略CS腳上的電壓）。過(guò)了這段間隙，如果CS 上電壓還在開(kāi)啟電壓之上，IC 就關(guān)掉輸出，置FAULT端為低（注意：FAULT端為漏極開(kāi)路輸出，所以是低有效）。

當輸入被關(guān)掉，FAULT 信號被清掉，IC被復位。如果過(guò)流依然存在，對于接下來(lái)的有效輸入信號IC將重復上述動(dòng)作。因此過(guò)流保護是一個(gè)周期一個(gè)周期重復的。

圖1）IR2127典型接線(xiàn)圖

IR2121/IR2125的電流檢測功能

圖二給出了IR2125 的典型接線(xiàn)圖。IR2121的典型接線(xiàn)圖與其相似，而它是低端驅動(dòng)，不需要自舉二極管（1腳和8 腳內部連接到一起）。同樣CS腳是用來(lái)檢測電流的。同樣有一段間隙時(shí)間以確定在器件開(kāi)通時(shí)沒(méi)有誤觸發(fā)，但動(dòng)作稍有不同。當CS端電壓達到開(kāi)啟電壓（230mV）時(shí)，IC檢測到過(guò)流。這時(shí)IC會(huì )等一段與間隙時(shí)間相等的時(shí)間（500ns標么值）以濾掉功率器件開(kāi)關(guān)動(dòng)作產(chǎn)生的噪音毛刺。過(guò)了這段間隙如果CS上電壓還在開(kāi)啟電壓之上，輸出驅動(dòng)器就切換到線(xiàn)形模式，由一個(gè)反饋放大器控制輸出門(mén)極驅動(dòng)電壓。這個(gè)放大器和輸出功率開(kāi)關(guān)組成一個(gè)負反饋回路以控制門(mén)極驅動(dòng)電壓到一個(gè)較低的值，將開(kāi)關(guān)器件電流限制在預設值之內。該預設值由CS 腳和VS（IR2125）或COM（IR2121）腳之間的取樣電阻值決定。例如，如果取樣電阻是0.23 歐姆，則電流將被限制在1A。

圖2）IR2125典型接線(xiàn)圖

ERR 腳是多功能的，它提供狀態(tài)指示，線(xiàn)形模式時(shí)序和周期循環(huán)控制。當IN為低時(shí)，ERR腳被以30mA的下拉電流拉低。當IN變?yōu)楦邥r(shí)，ERR腳呈高阻狀態(tài)接一個(gè)1 M 下拉電阻。當CS 腳有過(guò)流信號，輸出級切換到線(xiàn)性模式時(shí)，ERR腳將輸出100uA 充電電流到連接在ERR 和COM 之間的電容上。所以，ERR 腳電壓將以某個(gè)速度上升。該速度由電容決定(dt=C*(dv/Ierr))。如果CS腳電壓消失，充電電流將被終止。驅動(dòng)器又回到正常的開(kāi)關(guān)模式?？墒侨绻收蠣顟B(tài)還存在，ERR電容被充電到1.8V以上，那么ERR觸發(fā)比較器將被觸發(fā)，輸出被關(guān)閉。ERR觸發(fā)比較器還會(huì )啟動(dòng)一15mA上拉電流，將ERR腳拉高至Vcc以指示故障。ERR 觸發(fā)比較器也會(huì )被外部脈沖觸發(fā)來(lái)完成周期循環(huán)關(guān)閉功能。為了防止電流過(guò)大，只有在輸出為高時(shí)，這些脈沖才會(huì )發(fā)生（記?。寒斴斎霝榈蜁r(shí)，Err腳被下拉，下拉電流為30mA）。

電流傳感功能被設計用來(lái)處理如圖3）的“硬”短路和脈沖式短路故障。在硬短路情況下，ERR 電容值決定在關(guān)閉發(fā)生之前，線(xiàn)性模式門(mén)極驅動(dòng)的時(shí)間長(cháng)短。在脈沖式短路情況下，ERR 電容起了一個(gè)積分器的作用，它決定了在關(guān)閉剩余周期之前所允許脈沖短路的個(gè)數。

圖3a ‘硬’短路時(shí)的保護邏輯 圖3b 脈沖短路時(shí)的保護邏輯

3） 電流檢測電路設置

基本的源極/發(fā)射極取樣電阻設置

圖4 中的電路說(shuō)明了源極/發(fā)射極取樣電阻的用法。電阻值的選擇依據你所期望的觸發(fā)電流水平，在此電流水平上，電阻上的電壓,也就是加到CS端上的電壓將超過(guò)Vcsth+開(kāi)啟電壓。這種方法有兩個(gè)缺點(diǎn)：

1）所有負載電流流過(guò)取樣電阻，產(chǎn)生功耗，降低效率。 2）反向電流流過(guò)主開(kāi)關(guān)器件的反并二極管，產(chǎn)生負電壓加到CS端。此電壓必須限制在300mW以?xún)取?

此電路主要的優(yōu)點(diǎn)是用于IGBT和MOSFET都非常簡(jiǎn)單。

圖4）應用源極/發(fā)射極取樣電阻的電流檢測電路

使用Hexsense MOSFET 的電路設置

圖5）給出了使用Hexsense 帶電流檢測的 MOSFET時(shí)的電路配置。在此電路中，一部分漏極電流從Hexsense MOSFET 的電流檢測腳流出，流過(guò)取樣電阻，再流到源極。電流取樣電阻阻值取決于與MOSFET 上過(guò)載電流相應的從Hexsense電流檢測腳上流出的那部分電流的大小。

圖5）應用Hexsense MOSFET 的電流檢測方法

此電路要比在源極/發(fā)射極下串取樣電阻的方法要好，因為只有一小部分漏極電流流過(guò)取樣電阻，所以功耗顯著(zhù)降低。一個(gè)可能的缺點(diǎn)是在額定電壓和Rds(on)方面與常規MOSFET 相比，沒(méi)有太多的Hexsense MOSFET 可供選擇。

欠飽和檢測電路

圖6 所示的電流檢測電路是所謂的欠飽和檢測電路。它起初用于IGBT，用來(lái)檢測由于過(guò)流而過(guò)飽和的IGBT 的電壓。這就是說(shuō)，它也可以用于MOSFET。對于MOSFET，原理相似，因為過(guò)載時(shí)FET上的電壓將會(huì )顯著(zhù)增加。

圖6）欠飽和檢測電路圖

計算電阻值用下面的方法。

Rg是門(mén)極電阻，選擇適當阻值以?xún)?yōu)化開(kāi)關(guān)速度和開(kāi)關(guān)損耗。

R1典型值為20k；高的阻值有助于最大限度地減小由于二極管D1而增加的彌勒電容，確保沒(méi)有顯著(zhù)電流從HO 流出。注意二極管D1 應具有和自舉二極管一樣的特性。

當HO 輸出為高時(shí)，MOSFET（也可以是IGBT）Q1 開(kāi)通。則圖6 中的X點(diǎn)被拉低至一個(gè)電壓，此電壓等于FET 上的壓降Vds 加上二極管D1 壓降。所以，當FET Q1 上的壓降達到你所設定的指示過(guò)載故障的限值時(shí)，我們將關(guān)掉驅動(dòng)器輸出。

所以Q1 上Vds 電壓為10V。一個(gè)的超快恢復二極管的典型電壓值為

1.2V。 Vx=VD1+VDS

Vx=1.2+10
Vx=11.2V

IR2127 CS 端開(kāi)啟電壓為250mV，所以我們需要對Vx 分壓，使Vx=11.2V 時(shí)，Vy=250mV。

VY=Vx * R3/(R2+R3) 設R2=20k R3=457 

4） 布板注意事項

以下是在應用電流傳感驅動(dòng)器時(shí)布板需要注意的幾點(diǎn)。

1）盡可能縮短輸出到門(mén)極的連線(xiàn)（小于1 inch 比較合適）。 2）使電流檢測電路盡可能靠近IC以使由電路耦合噪聲引起誤觸發(fā)的可能性

降到最低。 3）所有大電流連線(xiàn)盡可能加寬以減小電感。 4）更進(jìn)一步的布線(xiàn)提示可以參考設計提示97-3“由控制IC 驅動(dòng)的功率電

路中的瞬態(tài)問(wèn)題的處理”