【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(jí)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(shí)間也必需盡可能快，同時(shí)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(jī)械系統(tǒng)和增加固態(tài)系統(tǒng)，包括針對(duì)電源、負(fù)載和固態(tài)功率器件的保護(hù)電路……那么到底該怎么來(lái)解決汽車和工業(yè)應(yīng)用中的電設(shè)計(jì)問(wèn)題呢？
救主來(lái)啦——高壓側(cè)驅(qū)動(dòng)器解決方案
ADI 電源產(chǎn)品組的設(shè)計(jì)工程師 Mark Mullen 就上述問(wèn)題為大家分享了一個(gè)基于 LCT7000 受保護(hù)的高壓側(cè)驅(qū)動(dòng)器解決方案。
LTC7000是一款快速、高壓側(cè) N 溝道 MOSFET 柵極驅(qū)動(dòng)器，主要接收一個(gè)參考于地的低電壓數(shù)字輸入信號(hào)，并以 35ns 的傳播延遲完全接通或關(guān)斷一個(gè)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(shí)間 (當(dāng)驅(qū)動(dòng)一個(gè) 1000pF 負(fù)載) 最大限度降低了開(kāi)關(guān)損耗。其內(nèi)部充電泵全面強(qiáng)化一個(gè)外部 N 溝道 MOSFET 開(kāi)關(guān)，因而使之能無(wú)限期地保持導(dǎo)通。
它還有著強(qiáng)大1Ω 柵極驅(qū)動(dòng)器，能夠以非常短的轉(zhuǎn)換時(shí)間驅(qū)動(dòng)大柵極電容 MOSFET，這種過(guò)流跳變功能非常適合高頻開(kāi)關(guān)和靜態(tài)開(kāi)關(guān)應(yīng)用。加上故障標(biāo)記、欠壓閉鎖和過(guò)壓閉鎖等保護(hù)功能，可以發(fā)現(xiàn)它在工業(yè)和汽車市場(chǎng)中是非常有用的，例如靜態(tài)開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器、負(fù)載和電源開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器及繼電器替代產(chǎn)品。接下來(lái)我們就說(shuō)說(shuō)LTC7000的特點(diǎn)~
特點(diǎn)一、低延遲、速度快
LTC7000 在 INP 引腳上接收一個(gè)參考于地的低電壓數(shù)字信號(hào)、把該信號(hào)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(gè)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(hào)至得到全面強(qiáng)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。
特點(diǎn)二、功率低損耗，穩(wěn)定性強(qiáng)
位于 BOOST 和 TS 引腳之間的浮動(dòng)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(qiáng)大的輸出器件把外部 MOSFET 保持在由低電壓 INP 信號(hào)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(dòng)電路的情況下也不例外。
倘若應(yīng)用電流跳變要求為 10A，則在檢測(cè)電阻器中僅耗散 300mW (最大值)。如需增加靈活性，則可通過(guò)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(cè)門限電壓。
特點(diǎn)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(cè)門限。ISET 引腳會(huì)流出一個(gè) 10µA 電流，因此只需在 ISET 引腳和地之間布設(shè)一個(gè)電阻器，這樣就可以調(diào)節(jié)電流檢測(cè)門限。如果 ISET 引腳浮置，則電流檢測(cè)門限默認(rèn)為 30mV。而如果 ISET 引腳接地，那么電流檢測(cè)門限為 20mV。
因?yàn)長(zhǎng)TC7000 還具有一個(gè) TIMER 引腳，因此過(guò)流情況不會(huì)立刻關(guān)斷外部 MOSFET。在 TIMER 引腳和地之間連接一個(gè)電容器，它用于設(shè)定在外部 MOSFET 在過(guò)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(kāi)路) 到幾十或幾百 ms (如果電容器為µF 級(jí)) 的范圍內(nèi)，布設(shè)在 TIMER 引腳上的同一個(gè)電容器還負(fù)責(zé)設(shè)定一個(gè)冷卻周期。
在經(jīng)過(guò)該冷卻周期之后，內(nèi)部電路將自動(dòng)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(guò)流跳變點(diǎn)和 TIMER 電容器，以通過(guò)把 MOSFET 保持在 MOSFET 產(chǎn)品手冊(cè)中規(guī)定的安全工作區(qū)內(nèi)以保護(hù)外部 MOSFET。
而如果一旦檢測(cè)到過(guò)流故障情況，那就把一個(gè)漏極開(kāi)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。
把 LTC7000 配置為執(zhí)行鎖斷而不是自動(dòng)重試操作，可以通過(guò)增設(shè)一個(gè)與 TIMER 電容器并聯(lián)的 100kΩ 電阻器來(lái)實(shí)現(xiàn)。針對(duì)過(guò)流故障的關(guān)斷延遲仍將由 TIMER 電容器設(shè)定，但是 LTC7000 在過(guò)流故障之后不會(huì)自動(dòng)嘗試重新接通外部 MOSFET，外部 MOSFET 將也不會(huì)嘗試重新接通，直到低電壓 INP 信號(hào)循環(huán)至低電平并隨后返回高電平為止。
在該配置中，一旦檢測(cè)到過(guò)流故障，漏極開(kāi)路 FAULT 引腳將被拉至低電平，并將保持低電平，直到 INP 信號(hào)循環(huán)至低電平并隨后返回高電平為止。
特點(diǎn)四、電流監(jiān)視器輸出
可通過(guò)測(cè)量IMON 引腳上的電壓來(lái)監(jiān)視流過(guò)高壓側(cè)檢測(cè)電阻器的平均電流。當(dāng)外部 MOSFET 導(dǎo)通時(shí)，出現(xiàn)在 IMON 引腳上的電壓是檢測(cè)電壓，(VSNS+ – VSNS–) x 20。假設(shè)檢測(cè)電阻器為 2mΩ，則 400mV 的 IMON 電壓表示有 10A 電流流過(guò)檢測(cè)電阻器。IMON 電壓的平均時(shí)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(shí)間大約為 1ms。
特點(diǎn)五、可調(diào)輸入欠壓和過(guò)壓閉鎖
LTC7000 能夠避免負(fù)載遭受 VIN 引腳上的過(guò)壓和欠壓情況的損壞。“一個(gè)連接在 VIN 和地之間、且抽頭連接至 RUN 和 OVLO 引腳的簡(jiǎn)單電阻分壓器將設(shè)定一個(gè)針對(duì)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(shí)，則關(guān)斷外部 MOSFET，并保護(hù)負(fù)載免遭潛在損壞或發(fā)生故障。” Mark Mullen這樣談到。
采用VCCUV引腳還可為VCC電源提供欠壓閉鎖保護(hù)。通過(guò)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(gè) 10µA 電流，因此只需在VCCUV 引腳和地之間布設(shè)一個(gè)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(shí)，外部MOSFET被關(guān)斷。
由此可見(jiàn)，作為一款靈活和堅(jiān)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(hù)功能、強(qiáng)大的驅(qū)動(dòng)器、快速接通和關(guān)斷時(shí)間能力，使得制造商能夠開(kāi)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(yùn)用于靜態(tài)開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器、負(fù)載和電源開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器、電子閥驅(qū)動(dòng)器以及高頻高壓柵極驅(qū)動(dòng)器。
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