PDF《电路笔记》

50 mA线性调节器 ADCMP350 内置0.6 V基准电压源的比较器 H电桥简介 图1所示的H电桥具有4个开关元件(Q

1、Q

2、Q

3、Q4). 这些开关成对导通,左上侧(Q1)和右下侧(Q4)为一对,左下 侧(Q3)和右上侧(Q2)为一对.注意,电桥同一侧的开关不会 同时导通.开关可以利用MOSFET或IGBT(绝缘栅极双极性 晶体管)实现,使用脉宽调制(PWM)信号或控制器的其它控 制信号接通和断开开关,从而改变负载电压的极性. 低端MOSFET (Q

3、Q4) 的源极接地,因此其栅极驱动信号 也以地为参考.而高端MOSFET (Q

1、Q2) 的源极电压会随 着MOSFET成对地接通和断开而切换,因此,该栅极驱动 信号应参考或 自举 到该浮动电压. ADuM7234的栅极驱动信号支持在输入与各输出之间实现 真正的电流隔离.相对于输入,各路输出的工作电压最 高可达±350 VPEAK,因而支持低端切换至负电压.因此, ADuM7234可以在很宽的正或负切换电压范围内,可靠地 控制各种MOSFET配置的开关特性.为了确保安全和简化 测试,选择12 V直流电源作为本设计的电源. 自举栅极驱动电路 高端和低端的栅极驱动器电源是不同的.低端栅极驱动电 压以地为参考,因此该驱动由直流电源直接供电.然而, 高端是悬空的,因此需要使用自举驱动电路,其工作原理 如下所述. ENCODE DECODE ENCODE DECODE ADuM7234 DISABLE NC GND S1A D1 D2 S1B IN1 IN2 S2A S2B NC VDD1 NC VDDB VOB GNDB

5 6

7 8

12 11 GND1 NC Q1 D5 D1 D2 D6 D7 Q1, Q2, Q3, Q4: FDP5800 D1, D2: SSC54 D5, D6, D7, D8: 15ETH06FPPBF Z1, Z2: SMAZ5928B D8 Q2 Q3 Q4 12V 12V 12V Z2 13V C2 330?F 25V

4 13 VDD1 GNDA

3 14 VIB VOA

2 15 VIA VDDA

1 10

9 Z1 13V R7 R1 R2 R8 R9 R10 R4 R3 C1 330?F 25V R5 + R6 +

16 ENCODE DECODE ENCODE DECODE ADuM7234 DISABLE NC NC VDD1 NC VDDB VOB GNDB

5 6

7 8

12 11 GND1 NC

13 VDD1 GNDA

3 VIB VOA

2 15 M VIA VDDA

1 10

9 16 5V 5V 5V 5V GND 2.5V PWM PWM0 PWM1 ADuC7061MKZ ADG787 5V

14 4 09644-001 图1. 使用ADuM7234隔离式半桥驱动器的H电桥(原理示意图:未显示去耦和所有连接) Rev.

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6 CN-0196 电路笔记 观察图1所示H桥电路的左侧,自举驱动电路利用电容C

1、 电阻R1和R

3、二极管D1实现.上电后,PWM不会立即发 生,所有MOSFET都处于高阻态,直到所有直流电压完成 建立.在此期间,电容C1由直流电源通过路径R

1、D

1、C1 和R3充电.充电后的电容C1提供高端栅极驱动电压.C1充 电的时间常数为τ = (R1 + R3) C1. 当MOSFET在PWM信号的控制下切换时,低端开关Q3接通,高端开关Q1断开.高端的GNDA下拉至地,电容C1充电.当Q1接通时,Q3断开,GNDA上拉至直流电源电压. 二极管D1反向偏置,C1电压将ADuM7234的VDDA电压驱 动到约24 V.因此,电容C1在ADuM7234的VDDA和GNDA 引脚之间保持约12 V的电压.这样,高端MOSFET Q1的栅 极驱动电压始终参考Q1的悬空源极电压. 高端MOSFET源极上的电压尖峰 当Q1和Q4接通时,负载电流从Q1经过负载流到Q4和地. 当Q1和Q4断开时,电流仍然沿同一方向流动,经过续 流二极管D6和D7,在Q1的源极上产生负电压尖峰.这 可能会损害某些采用其它拓扑结构的栅极驱动器,但对 ADuM7234无影响,ADuM7234支持低端切换到负电压. 自举电容(C

1、C2) 每次低端驱动器接通时,自举电容就会充电,但它仅在高 端开关接通时才放电.因此,选择自举电容值时需要考虑 的第一个参数,就是高端开关接通并且电容用作栅极驱动 器ADuM7234的高端直流电源时的最大容许压降.当高端 开关接通时,ADuM7234的直流电源电流典型值为22 mA. 假设高端开关的导通时间为10 ms(50 Hz、50%占空比), 使用公式C=I*ΔT/ΔV,如果容许的压降ΔV=1V,I=22mA, ΔT =