ZHCAD32 September 2023 LM251772 , LM5177 , LM51770 , LM51770-Q1 , LM51772 , LM51772-Q1
LM5177 高側和低側柵極驅動器具有短傳播延遲、頻率相關的死區(qū)時間控制和低阻抗輸出級,能夠提供很大的峰值電流以及很短的上升和下降時間,從而有助于外部功率 MOSFET 以極快的速度進行導通和關斷轉換。
盡可能地減少雜散或寄生柵極環(huán)路電感是優(yōu)化柵極驅動開關性能的關鍵,因為無論是與 MOSFET 柵極電容諧振的串聯(lián)柵極電感,還是共源電感(柵極和功率回路常見),都會提供與柵極驅動命令相反的負反饋補償,從而導致 MOSFET 開關時間延長。
柵極驅動的 PCB 跡線電容通??梢院雎圆挥?,因此這里將其忽略。圖 2-4 展示了等效柵極驅動電路。RTrace1 是 PCB 驅動跡線電阻,RTrace2 是驅動返回跡線電阻,LTrace1 是驅動跡線雜散電感,LTrace2 是返回路徑電感,而 Ciss 是 MOSFET 柵極輸入電容。跡線電阻和電感可能會導致柵極信號延遲;因此,最好盡可能縮短驅動和返回跡線。
由于電路板面積有限,通常無法將驅動器放置在非??拷?MOSFET 的位置。在大多數(shù)設計中,即使 MOSFET 不是非??拷?,也可以使 RTrace1 和 RTrace2 小于 1Ω。但是,如果布線較差,LTrace1 和 LTrace2 可能會變得很大。僅幾納亨的電感就可能會與 MOSFET 柵極電容產生共振,并產生柵極電壓振鈴,如圖 2-5 所示。如果振鈴的幅度超過 MOSFET 柵極閾值電壓 Vth,則會導致不必要的額外開關操作,并導致 MOSFET 內部出現(xiàn)嚴重開關損耗。此外,負峰值可能會超過 MOSFET 允許的柵極信號電平。
如何盡可能地減小柵極驅動電感?根據(jù)物理學原理,柵極驅動電感與驅動電流環(huán)路所包圍的空間面積成正比,而該面積由實際驅動和返回跡線定義。在進行 MOSFET 驅動和返回路徑布線時,您需要將盡可能地減小驅動電流環(huán)路的空間面積放在首要位置。
假設驅動器位于 PCB 上的 A 點,而 MOSFET 位于 B 點,那么驅動跡線必須從 A 點布置到 B 點再返回到 A 點。同時假設從 A 到 B 無法進行直線布線,因為兩者之間還存在其他元件。圖 2-6 展示了兩種不同的布線模式。顯然,盡管選項 2 的總布線長度幾乎與選項 1 相同,但選項 2 包圍的空間面積更小,因此產生的電感也更小。此示例清楚地表明,理想的布線方式是在驅動器和 MOSFET 之間的整個距離內將驅動跡線和返回跡線緊密并排放置。
同樣,由于電路板面積有限,有時沒有空間在同一層上并排放置一對驅動跡線和返回跡線。一種設計是將返回跡線布置在相鄰層上與驅動跡線重疊的位置,如圖 2-7 所示,其中驅動跡線從第 1 層上的 A 點(驅動器)延伸到 B 點 (MOSFET),并經由過孔穿到第 2 層,并在與驅動跡線重疊的位置返回 A 點。這樣一來,驅動跡線和返回跡線基本上在垂直方向上緊密并排分布,從而盡可能地減小信號環(huán)路包圍的空間面積。
在 LM5177 中,從柵極驅動器輸出 HO1 和 HO2 到高側 MOSFET 相應柵極的連接必須盡可能短,從而減少串聯(lián)寄生電感。以差分對形式將 HO1 和 HO2 以及 SW1 和 SW2 柵極跡線從器件引腳布線到高側 MOSFET,從而通過減少環(huán)路面積來利用磁通抵消。
從柵極驅動器輸出(LO1 和 LO2)到低側 MOSFET 相應柵極的連接必須盡可能短,從而減少串聯(lián)寄生電感。以差分對形式將 LO1 和 LO2 以及 PGND 柵極跡線從器件引腳布線到低側 MOSFET,從而通過減少環(huán)路面積來利用磁通抵消。
盡可能地縮短從 VCC、HB1 和 HB2 引腳通過其各自電容器的電流環(huán)路路徑,因為這些電容器會提供高瞬時電流。