帶電流檢測的門極驅(qū)動ICs: IR212X

概要

器件介紹
電流檢測原理
電流檢測電路結(jié)構(gòu)
布線注意事項

1） 器件介紹

IR有四款單通道驅(qū)動器具有電流檢測功能。IR2121和IR2125分別為低端和高端驅(qū)動器，它們具有較高的驅(qū)動能力（1A出/2A 入）。這兩款器件內(nèi)的電流檢測電路使用一個定時電路，由ERR 腳來確定從檢測出過流到關(guān)閉輸出的延遲時間。IR2127 和IR2128 都是高端驅(qū)動器（IR2127 的輸入為高有效，IR2128的輸入為低有效），它們的輸出能力較低（200mA出/420mA入），電流檢測電路也比較簡單。

對于那些需要長時間輸出為高，或者負載阻抗較大（>500 ohm）的應(yīng)用，自舉電容上的電壓就會下降。這種情況下就需要一個充電泵電路（見應(yīng)用指南AN978）。如何選擇自舉元件請看DT98-2“驅(qū)動自舉元件的選擇”。

2） 電流檢測原理

IR2127/IR2128 電流檢測功能

圖一給出了IR2127/IR2128 的典型接線圖。CS 腳即是用來檢測電流的。檢測電路有一段間隙時間以確定在器件開通時CS不被誤觸發(fā)（在緊接輸出變高后的一段與間隙時間相等的時間里，標么值為750nS，IC最初忽略CS腳上的電壓）。過了這段間隙，如果CS 上電壓還在開啟電壓之上，IC 就關(guān)掉輸出，置FAULT端為低（注意：FAULT端為漏極開路輸出，所以是低有效）。

當輸入被關(guān)掉，F(xiàn)AULT 信號被清掉，IC被復(fù)位。如果過流依然存在，對于接下來的有效輸入信號IC將重復(fù)上述動作。因此過流保護是一個周期一個周期重復(fù)的。

圖1）IR2127典型接線圖

IR2121/IR2125的電流檢測功能

圖二給出了IR2125 的典型接線圖。IR2121的典型接線圖與其相似，而它是低端驅(qū)動，不需要自舉二極管（1腳和8 腳內(nèi)部連接到一起）。同樣CS腳是用來檢測電流的。同樣有一段間隙時間以確定在器件開通時沒有誤觸發(fā)，但動作稍有不同。當CS端電壓達到開啟電壓（230mV）時，IC檢測到過流。這時IC會等一段與間隙時間相等的時間（500ns標么值）以濾掉功率器件開關(guān)動作產(chǎn)生的噪音毛刺。過了這段間隙如果CS上電壓還在開啟電壓之上，輸出驅(qū)動器就切換到線形模式，由一個反饋放大器控制輸出門極驅(qū)動電壓。這個放大器和輸出功率開關(guān)組成一個負反饋回路以控制門極驅(qū)動電壓到一個較低的值，將開關(guān)器件電流限制在預(yù)設(shè)值之內(nèi)。該預(yù)設(shè)值由CS 腳和VS（IR2125）或COM（IR2121）腳之間的取樣電阻值決定。例如，如果取樣電阻是0.23 歐姆，則電流將被限制在1A。

圖2）IR2125典型接線圖

ERR 腳是多功能的，它提供狀態(tài)指示，線形模式時序和周期循環(huán)控制。當IN為低時，ERR腳被以30mA的下拉電流拉低。當IN變?yōu)楦邥r，ERR腳呈高阻狀態(tài)接一個1 M 下拉電阻。當CS 腳有過流信號，輸出級切換到線性模式時，ERR腳將輸出100uA 充電電流到連接在ERR 和COM 之間的電容上。所以，ERR 腳電壓將以某個速度上升。該速度由電容決定(dt=C*(dv/Ierr))。如果CS腳電壓消失，充電電流將被終止。驅(qū)動器又回到正常的開關(guān)模式。可是如果故障狀態(tài)還存在，ERR電容被充電到1.8V以上，那么ERR觸發(fā)比較器將被觸發(fā)，輸出被關(guān)閉。ERR觸發(fā)比較器還會啟動一15mA上拉電流，將ERR腳拉高至Vcc以指示故障。ERR 觸發(fā)比較器也會被外部脈沖觸發(fā)來完成周期循環(huán)關(guān)閉功能。為了防止電流過大，只有在輸出為高時，這些脈沖才會發(fā)生（記?。寒斴斎霝榈蜁r，Err腳被下拉，下拉電流為30mA）。

電流傳感功能被設(shè)計用來處理如圖3）的“硬”短路和脈沖式短路故障。在硬短路情況下，ERR 電容值決定在關(guān)閉發(fā)生之前，線性模式門極驅(qū)動的時間長短。在脈沖式短路情況下，ERR 電容起了一個積分器的作用，它決定了在關(guān)閉剩余周期之前所允許脈沖短路的個數(shù)。

圖3a ‘硬’短路時的保護邏輯 圖3b 脈沖短路時的保護邏輯

3） 電流檢測電路設(shè)置

基本的源極/發(fā)射極取樣電阻設(shè)置

圖4 中的電路說明了源極/發(fā)射極取樣電阻的用法。電阻值的選擇依據(jù)你所期望的觸發(fā)電流水平，在此電流水平上，電阻上的電壓,也就是加到CS端上的電壓將超過Vcsth+開啟電壓。這種方法有兩個缺點：

1）所有負載電流流過取樣電阻，產(chǎn)生功耗，降低效率。 2）反向電流流過主開關(guān)器件的反并二極管，產(chǎn)生負電壓加到CS端。此電壓必須限制在300mW以內(nèi)。

此電路主要的優(yōu)點是用于IGBT和MOSFET都非常簡單。

圖4）應(yīng)用源極/發(fā)射極取樣電阻的電流檢測電路

使用Hexsense MOSFET 的電路設(shè)置

圖5）給出了使用Hexsense 帶電流檢測的 MOSFET時的電路配置。在此電路中，一部分漏極電流從Hexsense MOSFET 的電流檢測腳流出，流過取樣電阻，再流到源極。電流取樣電阻阻值取決于與MOSFET 上過載電流相應(yīng)的從Hexsense電流檢測腳上流出的那部分電流的大小。

圖5）應(yīng)用Hexsense MOSFET 的電流檢測方法

此電路要比在源極/發(fā)射極下串取樣電阻的方法要好，因為只有一小部分漏極電流流過取樣電阻，所以功耗顯著降低。一個可能的缺點是在額定電壓和Rds(on)方面與常規(guī)MOSFET 相比，沒有太多的Hexsense MOSFET 可供選擇。

欠飽和檢測電路

圖6 所示的電流檢測電路是所謂的欠飽和檢測電路。它起初用于IGBT，用來檢測由于過流而過飽和的IGBT 的電壓。這就是說，它也可以用于MOSFET。對于MOSFET，原理相似，因為過載時FET上的電壓將會顯著增加。

圖6）欠飽和檢測電路圖

計算電阻值用下面的方法。

Rg是門極電阻，選擇適當阻值以優(yōu)化開關(guān)速度和開關(guān)損耗。

R1典型值為20k；高的阻值有助于最大限度地減小由于二極管D1而增加的彌勒電容，確保沒有顯著電流從HO 流出。注意二極管D1 應(yīng)具有和自舉二極管一樣的特性。

當HO 輸出為高時，MOSFET（也可以是IGBT）Q1 開通。則圖6 中的X點被拉低至一個電壓，此電壓等于FET 上的壓降Vds 加上二極管D1 壓降。所以，當FET Q1 上的壓降達到你所設(shè)定的指示過載故障的限值時，我們將關(guān)掉驅(qū)動器輸出。

所以Q1 上Vds 電壓為10V。一個的超快恢復(fù)二極管的典型電壓值為

1.2V。 Vx=VD1+VDS

Vx=1.2+10
Vx=11.2V

IR2127 CS 端開啟電壓為250mV，所以我們需要對Vx 分壓，使Vx=11.2V 時，Vy=250mV。

VY=Vx * R3/(R2+R3) 設(shè)R2=20k R3=457 

4） 布板注意事項

以下是在應(yīng)用電流傳感驅(qū)動器時布板需要注意的幾點。

1）盡可能縮短輸出到門極的連線（小于1 inch 比較合適）。 2）使電流檢測電路盡可能靠近IC以使由電路耦合噪聲引起誤觸發(fā)的可能性

降到最低。 3）所有大電流連線盡可能加寬以減小電感。 4）更進一步的布線提示可以參考設(shè)計提示97-3“由控制IC 驅(qū)動的功率電

路中的瞬態(tài)問題的處理”