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汽車和工業(yè)應(yīng)用中高壓側(cè)驅(qū)動如何破?圖文并茂本文給你正解

發(fā)布時間:2018-01-25 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】目前的工業(yè)系統(tǒng)朝著電氣化方向發(fā)展,且隨著電壓等級不斷攀升、峰值電流增至幾百安培,所以啟用這些系統(tǒng)的時間也必需盡可能快,同時車載系統(tǒng)的性能也要不斷提高。而日益提升的可靠性促使制造商也減少了機械系統(tǒng)和增加固態(tài)系統(tǒng),包括針對電源、負(fù)載和固態(tài)功率器件的保護電路……那么到底該怎么來解決汽車和工業(yè)應(yīng)用中的電設(shè)計問題呢?
 
汽車和工業(yè)應(yīng)用中高壓側(cè)驅(qū)動如何破?圖文并茂本文給你正解
 
救主來啦——高壓側(cè)驅(qū)動器解決方案
 
ADI 電源產(chǎn)品組的設(shè)計工程師 Mark Mullen 就上述問題為大家分享了一個基于 LCT7000 受保護的高壓側(cè)驅(qū)動器解決方案。
 
汽車和工業(yè)應(yīng)用中高壓側(cè)驅(qū)動如何破?圖文并茂本文給你正解
 
LTC7000是一款快速、高壓側(cè) N 溝道 MOSFET 柵極驅(qū)動器,主要接收一個參考于地的低電壓數(shù)字輸入信號,并以 35ns 的傳播延遲完全接通或關(guān)斷一個其漏極可高出地電位達(dá) 135V 的高壓側(cè) N 溝道 MOSFET。13ns的快速上升和下降時間 (當(dāng)驅(qū)動一個 1000pF 負(fù)載) 最大限度降低了開關(guān)損耗。其內(nèi)部充電泵全面強化一個外部 N 溝道 MOSFET 開關(guān),因而使之能無限期地保持導(dǎo)通。
 
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它還有著強大1Ω 柵極驅(qū)動器,能夠以非常短的轉(zhuǎn)換時間驅(qū)動大柵極電容 MOSFET,這種過流跳變功能非常適合高頻開關(guān)和靜態(tài)開關(guān)應(yīng)用。加上故障標(biāo)記、欠壓閉鎖和過壓閉鎖等保護功能,可以發(fā)現(xiàn)它在工業(yè)和汽車市場中是非常有用的,例如靜態(tài)開關(guān)驅(qū)動器、負(fù)載和電源開關(guān)驅(qū)動器及繼電器替代產(chǎn)品。接下來我們就說說LTC7000的特點~
 
特點一、低延遲、速度快
 
LTC7000 在 INP 引腳上接收一個參考于地的低電壓數(shù)字信號、把該信號電平移位至高達(dá) VIN 電壓。并控制片內(nèi)低阻抗上拉和下拉器件,能快速接通或判斷一個其漏極可高出地電位達(dá) 135V 的高壓側(cè) N 溝道 MOSFET。從低電壓 INP 信號至得到全面強化或被完全關(guān)斷的 N 溝道 MOSFET 之傳播延遲約為 35ns,這也促成了許多應(yīng)用。
 
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特點二、功率低損耗,穩(wěn)定性強
 
位于 BOOST 和 TS 引腳之間的浮動電源在內(nèi)部調(diào)節(jié)至 12V,從而降低了由外部 MOSFET 之導(dǎo)通電阻引起的功率損耗。而強大的輸出器件把外部 MOSFET 保持在由低電壓 INP 信號控制的狀態(tài)中,即使在高電壓和高頻瞬變從功率 MOSFET 反饋耦合至驅(qū)動電路的情況下也不例外。
 
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倘若應(yīng)用電流跳變要求為 10A,則在檢測電阻器中僅耗散 300mW (最大值)。如需增加靈活性,則可通過改變 ISET 引腳上的電壓,從而有選擇性地在 20mV 和 75mV 之間調(diào)節(jié)電流檢測門限電壓。
 
特點三、可調(diào)電流限制
 
ISET 引腳上的電壓被除以 20 以設(shè)定為電流檢測門限。ISET 引腳會流出一個 10µA 電流,因此只需在 ISET 引腳和地之間布設(shè)一個電阻器,這樣就可以調(diào)節(jié)電流檢測門限。如果 ISET 引腳浮置,則電流檢測門限默認(rèn)為 30mV。而如果 ISET 引腳接地,那么電流檢測門限為 20mV。
 
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因為LTC7000 還具有一個 TIMER 引腳,因此過流情況不會立刻關(guān)斷外部 MOSFET。在 TIMER 引腳和地之間連接一個電容器,它用于設(shè)定在外部 MOSFET 在過流故障情況下被關(guān)斷之前的延遲周期,該關(guān)斷延遲周期可設(shè)定在最短 1.4µs (如果 TIMER 引腳開路) 到幾十或幾百 ms (如果電容器為µF 級) 的范圍內(nèi),布設(shè)在 TIMER 引腳上的同一個電容器還負(fù)責(zé)設(shè)定一個冷卻周期。
 
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在經(jīng)過該冷卻周期之后,內(nèi)部電路將自動嘗試重新接通外部 MOSFET,該重試占空比約為 0.06%。所以應(yīng)該選擇合適的過流跳變點和 TIMER 電容器,以通過把 MOSFET 保持在 MOSFET 產(chǎn)品手冊中規(guī)定的安全工作區(qū)內(nèi)以保護外部 MOSFET。
 
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而如果一旦檢測到過流故障情況,那就把一個漏極開路 FAULT 引腳拉至低電平。此 FAULT 引腳保持低電平,直到故障情況被清除為止,外部 MOSFET 將重新接通。
 
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把 LTC7000 配置為執(zhí)行鎖斷而不是自動重試操作,可以通過增設(shè)一個與 TIMER 電容器并聯(lián)的 100kΩ 電阻器來實現(xiàn)。針對過流故障的關(guān)斷延遲仍將由 TIMER 電容器設(shè)定,但是 LTC7000 在過流故障之后不會自動嘗試重新接通外部 MOSFET,外部 MOSFET 將也不會嘗試重新接通,直到低電壓 INP 信號循環(huán)至低電平并隨后返回高電平為止。
 
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在該配置中,一旦檢測到過流故障,漏極開路 FAULT 引腳將被拉至低電平,并將保持低電平,直到 INP 信號循環(huán)至低電平并隨后返回高電平為止。
 
特點四、電流監(jiān)視器輸出
 
可通過測量IMON 引腳上的電壓來監(jiān)視流過高壓側(cè)檢測電阻器的平均電流。當(dāng)外部 MOSFET 導(dǎo)通時,出現(xiàn)在 IMON 引腳上的電壓是檢測電壓,(VSNS+ – VSNS–) x 20。假設(shè)檢測電阻器為 2mΩ,則 400mV 的 IMON 電壓表示有 10A 電流流過檢測電阻器。IMON 電壓的平均時間大致為 1MΩ 乘以 IMON 引腳上的任何電容。例如,如果 IMON 引腳上的電容為 1nF,則 IMON 輸出電壓的平均時間大約為 1ms。
 
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特點五、可調(diào)輸入欠壓和過壓閉鎖
 
LTC7000 能夠避免負(fù)載遭受 VIN 引腳上的過壓和欠壓情況的損壞。“一個連接在 VIN 和地之間、且抽頭連接至 RUN 和 OVLO 引腳的簡單電阻分壓器將設(shè)定一個針對負(fù)載的有效操作窗口。當(dāng) VIN 位于由 RUN 和 OVLO 引腳所設(shè)定的操作窗口之外時,則關(guān)斷外部 MOSFET,并保護負(fù)載免遭潛在損壞或發(fā)生故障。” Mark Mullen這樣談到。
 
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采用VCCUV引腳還可為VCC電源提供欠壓閉鎖保護。通過改變 VCCUV 引腳電壓可在 3.5V 和10.5V 之間調(diào)節(jié)VCC欠壓閉鎖門限。從 VCCUV 引腳流出一個 10µA 電流,因此只需在VCCUV 引腳和地之間布設(shè)一個電阻器便可調(diào)節(jié) VCC 欠壓閉鎖門限。如果VCCUV引腳浮置,則VCC欠壓閉鎖門限默認(rèn)為 7V。假如 VCCUV 引腳接地,則VCC欠壓閉鎖電壓設(shè)定為 3.5V。當(dāng) VCC 引腳上的電壓低于 VCCUV引腳設(shè)定的欠壓閉鎖門限時,外部MOSFET被關(guān)斷。
 
汽車和工業(yè)應(yīng)用中高壓側(cè)驅(qū)動如何破?圖文并茂本文給你正解
 
由此可見,作為一款靈活和堅固的器件,可使汽車和工業(yè)制造商提高其系統(tǒng)的性能和可靠性。LTC7000 所具備的高達(dá) 135V 的電壓范圍、內(nèi)置的保護功能、強大的驅(qū)動器、快速接通和關(guān)斷時間能力,使得制造商能夠開發(fā)出為客戶增添附加值和可靠性的系統(tǒng)。因而它主要運用于靜態(tài)開關(guān)驅(qū)動器、負(fù)載和電源開關(guān)驅(qū)動器、電子閥驅(qū)動器以及高頻高壓柵極驅(qū)動器。
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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