【经验】解析电力电子电路应用中驱动芯片的并联使用
本文数明半导体主要为大家阐述了在电力电子电路应用中，为什么需要驱动芯片并联使用，芯片能够并联使用应具备什么特征，以及驱动芯片并联使用应注意的问题点。
1、驱动芯片与功率管的配合
功率器件在工业、能源、汽车等应用中被广泛的使用以实现各种的功率变换，同时随着社会的迅速发展，功率变换的功率等级也越来越高。在大功率的功率因数校正电路 （PFC），低压大电流的同步整流电路中, 往往需要多个功率管并联以满足电路功率输出的需求。多个功率管并联，导致功率管的QGC，QGE变大，若选用驱动芯片的驱动电流较小，则功率管开通时间很长，此时会导致功率管损耗很大，发热严重。驱动输出进行并联来驱动功率管是一种解决方案。
2、驱动芯片并联使用
如上述所，当功率管的门极电荷比较大，而驱动芯片能力不足时，为了选择合适的开关速度和性能，需要将驱动芯片输出端并联使用。
但驱动芯片并联时，对驱动芯片要求较高，并不是所有的驱动芯片都适合并联使用。
图1. 显示了驱动芯片并联使用时的示意图。由于是并联使用，要求内部的MOSFET M1与M3，M2与M4同时开通，同时关断，否则OUTA与OUTB之间必然存在电位差，导致M1与M4或者M2与M3同时导通，从而导致共通的现象而损坏驱动芯片。
图 1. 驱动芯片并联使用示意图
因此，在驱动芯片并联的应用中需要特别关注以下几点：
（1）驱动芯片本身的对称问题。两个驱动通道的参数要一致，每路驱动的输入到输出的延时、输入的翻转电平以及输出的上升、下降时间要一致。
（2）两路输入信号的短接点要尽量靠近芯片的管脚，并且输入信号要有快速的dv/dt。
（3）芯片的外围应用电路上，可以在外部增加一个电阻，用来限制直通电流。
下面以SLM27524芯片为例来说明驱动并联应用中要注意的一些问题。
3、驱动芯片的一致性
驱动芯片并联对芯片本身的一致性是有要求的，如果两路驱动的一致性不好，在并联时会导致驱动芯片的损坏。SLM27524在设计的时候已经考虑了这种并联应用的需求，因此在两路驱动的延时上做了比较好的匹配。
图2和图3显示了SLM27524在给同一个输入信号时，两路驱动输出在开通、关断时的波形。从波形测试上看，SLM27524的两路驱动在开通延时、关断延时、上升时间和下降时间上都有很好的一致性。
图 2. SLM27524通道开通时的波形
CH1：驱动输人IN ，CH2：驱动输出OUTA
CH3：驱动输出OUTB
图 3. SLM27524通道关断时的波形
CH1：驱动输人IN，CH2：驱动输出OUTA
CH3：驱动输出OUTB
图4显示了SLM27524两个通道的输入阈值。从测试的波形上看，两个通道的输入阈值是一致的。
图 4. SLM27524输入阈值门限波形
CH1：驱动输人IN，CH2：驱动输出OUTA
CH4：驱动输出OUTB
为了验证SLM27524两个通道直接并联应用的有效性，人为在两路输入信号上加入延时，并按下图5进行试验。当改变电阻RA、RB的阻值时，就改变了通道A、B之间的输入时间差。
图6到图9显示了通道A和通道B在不同的输入延时情况下的输出波形。在一定输入延时差范围内，无论是INA超前还是滞后INB，芯片直接并联仍然正常输出波形。这说明SLM27524具有较强的鲁棒性，能够容忍一定程度的输入信号延时差。
图 5. SLM27524并联鲁棒试验电路
图 6. SLM27524 INA超前INB 3.9ns并联波形
CH1：驱动输人INA，CH2：驱动输入INB
CH4：驱动输出OUT
图 7. SLM27524 INA超前INB 4.6ns并联波形
CH1：驱动输人INA，CH2：驱动输入INB
CH4：驱动输出OUT
图 8. SLM27524 INA滞后INB 1.8ns并联波形
CH1：驱动输人INA，CH2：驱动输入INB
CH4：驱动输出OUT
图 9. SLM27524 INA滞后INB 2.8ns并联波形
CH1：驱动输人INA，CH2：驱动输入INB
CH4：驱动输出OUT
4、驱动芯片并联应用技巧
在驱动芯片并联时，外部的一些应用条件和应用技巧也同样的重要。
首先，对于输入信号的处理，在PCB上应尽量靠近芯片管脚处进行并联。如果离芯片管脚距离较远处并联后再分开到各个输入管脚，那就容易存在PCB走线上的延时误差。
其次，输入通道的门限阈值不完全一致时，会导致输出延时不一样。为了降低此影响，需增强输入信号的上升下降速度。在使用SLM27524时，推荐输入信号变化速度不低于50V/μs.
图 10. SLM27524 47V/μs上升波形
CH1：驱动输人IN，CH2：驱动输出OUT
图 11. SLM27524 47V/μs下降波形
CH1：驱动输人IN，CH2：驱动输出OUT
最后，为了更好的使芯片在应用端使用，推荐在输出端之间串联电阻后再进行并联，按如图12所示。如果需要OUTA，OUTB进行直接并联，则R1=R2=0。另外可以调整R1，R2参数，限制直通时电流值，保护驱动控制芯片。图13与图14显示了INA，INB之间有17.8ns的延时，如果OUTA，OUTB直接并联，芯片可能会烧毁，但OUTA，OUTB之间串接5.1Ω电阻，此时能够保证芯片正常工作而不损坏。
图 12. 芯片输出端增加输出电阻
图 13. SLM27524 INA滞后INB
且OUTA与OUTB串接5.1Ω并联波形
CH1：输人INA，CH2：输入INB
CH3：输出OUTA，CH4：输出OUTB
图 14. SLM27524 INA超前INB
且OUTA与OUTB串接5.1Ω并联波形
CH1：输人INA，CH2：输入INB
CH3：输出OUTA，CH4：输出OUTB
5、测试总结
综上所述，在采用驱动芯片并联去驱动功率管的应用中，除了注意PCB布线布局外，对芯片对称性有较高要求；另外增大输入信号变化斜率以及在芯片输出端串接电阻，可以增强输出并联的可靠性。
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