全新柵極驅(qū)動系列 KP8530X，助力高可靠性電機(jī)驅(qū)動

  背景介紹

  現(xiàn)代電力電子的應(yīng)用是基于功率器件的轉(zhuǎn)換技術(shù)，而所有功率器件均需要合適的柵極驅(qū)動解決方案。柵極驅(qū)動器作為連接功率器件與微控制器的橋梁，其通過接收來自微控制器 (MCU/DSP) 的控制信號，提供驅(qū)動功率器件柵極電容所需的電流，從而實(shí)現(xiàn)各類電力電子應(yīng)用。

  聚焦大功率電機(jī)、電源應(yīng)用場合，此次必易微全新推出了柵極驅(qū)動器 KP8530X 系列，此系列共有 3 款型號，開關(guān)節(jié)點(diǎn)耐壓均為 650V，輸出峰值拉電流和灌電流能力分別為 300mA 和 600mA，同時(shí)這三款型號集成了自舉二極管，外圍系統(tǒng)更加精簡。

家電組合

表 1：KP8530X 控制邏輯

圖 1：KP85302 典型應(yīng)用電路

  針對大功率應(yīng)用場合，可靠性是客戶器件選型的首要考慮因素。對柵極驅(qū)動器而言，可靠性從兩個(gè)方面來衡量，分別是開關(guān)節(jié)點(diǎn)負(fù)壓能力和開關(guān)節(jié)點(diǎn)瞬態(tài)電壓變化率水平。

  亮點(diǎn) 1：開關(guān)節(jié)點(diǎn)負(fù)壓能力

  在半橋拓?fù)鋺?yīng)用中，通常使用感性負(fù)載，同時(shí)因?yàn)楣β势骷陨砑纳姼泻凸β驶芈芳纳姼校诟邆?cè)功率管關(guān)斷時(shí)，續(xù)流回路在開關(guān)節(jié)點(diǎn)會產(chǎn)生負(fù)壓。該負(fù)壓包含一個(gè)較大的動態(tài)尖峰負(fù)壓和一個(gè)較低的靜態(tài)負(fù)壓，如圖 2 所示。

圖 2：開關(guān)電流路徑及 VS 電壓

  當(dāng)開關(guān)節(jié)點(diǎn)負(fù)壓越大時(shí)，柵極驅(qū)動芯片內(nèi)部器件受壓更高，更容易擊穿失效，同時(shí)開關(guān)節(jié)點(diǎn)負(fù)壓越大，導(dǎo)致柵極驅(qū)動芯片高側(cè)供電節(jié)點(diǎn) HB 瞬態(tài)電壓越低，影響輸入輸出的可靠控制。因此，更高的開關(guān)節(jié)點(diǎn)負(fù)壓承受能力可以為功率系統(tǒng)運(yùn)行帶來更強(qiáng)的可靠性。

  KP8530X 系列的開關(guān)節(jié)點(diǎn)負(fù)壓能力測試波形如下：

圖 3：KP8530X 開關(guān)節(jié)點(diǎn)負(fù)壓測試波形

  在 VDD 電源電壓為 15V，輸入 HIN 控制信號為 20K 開關(guān)頻率情況下，當(dāng)開關(guān)節(jié)點(diǎn)負(fù)壓拉到 -13.9V 時(shí)，輸入信號 HIN 仍能可靠控制輸出信號 HO。在同樣測試條件下，綜合對比測試市面上幾款同類產(chǎn)品，必易微 KP8530X 系列，負(fù)壓承受能力與國際品牌承受能力相當(dāng)，具有明顯優(yōu)勢。

  亮點(diǎn) 2：開關(guān)節(jié)點(diǎn)高 dv/dt 噪聲抑制能力

  高壓柵極驅(qū)動器高側(cè)驅(qū)動電路多采用自舉式電路結(jié)構(gòu)，利用柵極驅(qū)動器內(nèi)部的電平移位電路可將低壓邏輯控制信號傳遞至高側(cè)端。由于高側(cè)控制驅(qū)動端電路參考于開關(guān)節(jié)點(diǎn)，在高速開關(guān)狀態(tài)下，芯片內(nèi)部的寄生電流會通過耦合路徑傳遞至低壓側(cè)，當(dāng)芯片內(nèi)部存在失配時(shí)，會產(chǎn)生差模干擾信號，從而影響正確的輸入輸出邏輯。

  KP8530X 系列采用必易微特有的電平位移和共模噪音抑制技術(shù)，可有效抑制開關(guān)節(jié)點(diǎn)高速開關(guān)過程中產(chǎn)品的共模噪音干擾，防止誤觸發(fā)，從而保證系統(tǒng)正?？煽窟\(yùn)行。

  根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)，KP8530X 柵極驅(qū)動器的 dV/dt 能力可保證高達(dá) 50V/nS 的能力，并具有較大的可靠性裕量。

圖 4：輸出開關(guān)節(jié)點(diǎn) dV/dt 變化 (66V/nS)

  此外，KP8530X 柵極驅(qū)動器系列集成高壓自舉二極管，具有超快恢復(fù)特性的自舉二極管用于提供高側(cè)自舉電容充電路徑，集成的電阻可限制自舉電容充電瞬間的浪涌電流。

圖 5：內(nèi)部集成自舉二極管

  在半橋應(yīng)用拓?fù)渲校鐖D 6 所示，功率地上振蕩電流引起的驅(qū)動器輸入信號尖峰電壓和振鈴是一個(gè)常見的問題，當(dāng)振鈴過大時(shí)會使得輸入控制信號的邏輯高低判別發(fā)生錯(cuò)誤，為解決這個(gè)問題，KP8530X 系列內(nèi)置斯密特濾波電路，可有效提高輸入引腳抗干擾能力。同時(shí)在邏輯控制上，當(dāng)輸入浮空或輸入脈沖寬度不足時(shí)，可使輸出仍保持低電平，防止 HO 和 LO 輸出響應(yīng)窄脈寬或振鈴，造成功率器件意外打開或關(guān)閉。

圖 6：輸入信號尖峰及振鈴

圖 7：輸入信號負(fù)壓耐受能力測試 (-5V)

  同時(shí)，KP8530X 系列具有上下側(cè)欠壓鎖定 (UVLO) 功能，確保半橋柵極驅(qū)動器驅(qū)動的外圍功率器件有足夠的柵極電壓，以完全打開功率器件。KP8530X 系列集成內(nèi)部互鎖和死區(qū)保護(hù)功能，在輸出狀態(tài)改變時(shí)，可自動插入死區(qū)，確保柵極驅(qū)動器高低側(cè)一側(cè)打開前，另一側(cè)完全關(guān)斷，防止高低側(cè)共通的情況發(fā)生。

  總結(jié)

  必易微全新推出的 KP8530X 系列兼具高可靠性、高集成度特色，是一套高可靠性柵極驅(qū)動產(chǎn)品，可滿足大多數(shù)消費(fèi)、家電及工業(yè)應(yīng)用場景對于可靠性的需求。