【经验】驱动芯片应用中半桥中点负压及应对策略

时间： 2022-12-08 来源：数明半导体公众号

技术问答

本文主要阐述了在驱动芯片应用中，半桥中点出现的负压，分析其原因并且通过实验如何正确处理。

驱动芯片与V_S负压的产品

电力电子电路中，桥式电路应用非常广泛。图1显示了一个半桥驱动芯片驱动半桥电路的典型电路示意图。

图 1.理想典型驱动芯片与半桥电路示意图

基本工作原理如下：当HIN为高时，输出HO为高，上管M1打开，电流从BUS通过M1流到负载端。当LIN为高时，输出LO为高，下管M2打开，电流通过M2续流。

图 2.带寄生电感导致V_S电压低于V_SS

由于线路上有寄生电感，在上管关断，下管开通的瞬态切换过程中，在寄生电感中将产生压降，导致V_S端将产生负压，如图 2所示。V_S负压端的大小，可由下述公式表示：

V_S-V_SS=-V_FD-(L_VSS-+L_S2)×DI_L/D_t-L_S1×dI_H/d_t

由上述公式可知，V_S的负压大小主要取决于如下参数：电流变化的斜率，寄生电感的大小。电流变化的斜率越大，尤其是在输出短路的情况下，V_S负压也越大。寄生电感越大，V_S负压也越大。

VS负压的影响

一般在驱动芯片规格书中规定了最大的V_S与V_SS（COM）之间的负压和推荐的工作条件。

由于芯片内部含有寄生的二极管及latch up机制，当V_S负压过大时，会导致芯片损坏或逻辑异常。

图 3.高边的浮动电源与瞬态负压值V_B,V_S波形

如图3所示，当采用隔离的高边电源，当V_S电压低于隔离电源Vbs电压时，导致V_B电压低于COM端时，芯片内部二极管D3存在导通风险。

图 4.Bootstrap电路与瞬态负压值V_B,V_S波形

如图4所示，当高边电源采用bootstrap方式时，由于V_S瞬间出现负压，将导致V_B到V_S的电压升高，当V_BS电压大于芯片使用的最高值时，芯片也将损坏。V_BS为浮动电源，考虑极端情况，上管导通时发生短路，一旦上管关断，短路大电流将通过下管体二极管。若此时的di/dt将使得V_S非常小，V_B与V_S间电压超过芯片的使用范围。

V_S负压幅值过大，有大电流从V_S脚流出，会干扰芯片内部衬底，从而干扰内部电路对输入信号电平的正确判断，导致输出信号不受输入信号控制。

V_S负压对应策略

为了降低V_S负压，优化PCB布局降低寄生电感是最有效的。PCB布局可以采用如下一些手段：如上下功率管的摆放尽量靠近；驱动芯片靠近被驱动的功率管以减少驱动芯片地到功率器件地。

另外一个途径是降低di/dt值。比较简单的办法是增大关断电阻R1，但以此同时，需要考虑可能会带来效率低下的问题。

图 5.Rvs连接电路

图 6.V_S端增加反向二极管和稳压管

为了使得V_B与V_S间的电压差小于V_{BS_ABSMAX}，推荐在V_S与V_SS间加入一个稳压管与高压二极管串联。V_B-V_S≤V_{BS_ABSMAX}，则稳压管耐压值选择需考虑：V_Z≤V_{BS_ABSMAX}-V_CC。

SLM2304S实验测试

SLM2304S负压测试波形

从图7，图8对比可看出，V_S端未串联电阻，在300ns，负压22V就出现了波形异常，而V_S端串联了10Ω电阻，负压达到了37V才出现异常。另外如图8所示，在半桥中点有37V的负压，而芯片端的V_S电压最大值只存在了20V附近，大大降低了芯片端的负压值；从而有效的抑制了外部负压的数值，相当于提高了芯片的耐负压能力。

测试总结

V_S的负压大小与持续时间关系到驱动芯片的安全、正常工作。瞬态负压的大小主要取决于寄生电感，电流变化的速率。通过对外围电路的有效设计，可以增强驱动芯片在系统中对负压的耐受能力，使其能在恶劣工况中安全工作。

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数明半导体（Sillumin）光伏逆变器用芯片产品选型指南

描述- 光伏逆变器是将光伏组件产生的直流电转换成交流电的设备。按照是否与电网并网分为并网逆变器和离网逆变器。并网逆变器又可以分为集中式逆变器、集散式逆变器、组串式逆变器、微型逆变器等。带有储能功能的并网逆变器又称储能逆变器。离网逆变器一般都具有储能功能。光伏逆变器的前一级是光伏组件，一般由多个光伏组件串并构成，后一级是电网。光伏逆变器一般包含MPPT模块、DC/AC逆变模块、双向DC-DC储能模块等。模块间需要实现可靠通信及安规隔离等功能，而且每个模块都需要满足10-25年的使用寿命。这对系统的设计与关键器件的性能提出严苛的要求。

型号- SILM59XX 系列,SILM5350RABCA-DG,SILM5142SCM-DG,SILM8244BBCG-DG,SILM8243ABCP-DG,SLMI335CG-DG,SILM5150SDC-DG,SILM5350SDBCA-DG,SILM8243GBCP-DG,SILM5350PABCA-DG,SILM5350HABCA-DG,SILM8244DBCP-DG,SLMI8230DDCG-DG,SILM5206E25-DG,SILM58XX系列,SLMI8232DDCG-DG,SLMI332HCG-DG,SILM5350FABCA-DG,SILM5350RGBCA-DG,SILM5350PGBCA-DG,SILM5721CM-DG,SILM5768LCG-DG,SLMI8231BDCG-DG,SILM5722FCA-DG,SILM5206,SLMI8233BDCG-DG,SLMI8235BDCG-DG,SILM5767FCG-DG,SILM5761FCG-DG,SLMI823X系列,SILM5766CG-DG,SILM5350HGBCA-DG,SLM27211EL-7G,SLM2186,SILM5741FCG-DG,SILM8244GBCG-DG,SLM27212,SILM824X,SLM27211,SILM5762CG-DG,SIL M5762FCG-DG,SLMI8233HBDCG-DG,SILM5721FCA-DG,SLMI350DB-DG,SILM5740CG-DG,SILM576X系列,SLMI8233HDDCP-DG,SILM5350系列,SILM5852SHCG-DG,SILM5206M05-DG,SILM5742FCG-DG,SILM8245BBCP-DG,SLMI333CG-DG,SILM8244BBCL-DG,SILM27624,SILM5731CG-DG,SILM5350MBDCM-DG,SILM5350PBBCA-DG,SLM343CK-DG,SLM340CK-DG,SILM5350PGDCM-DG,SILM5350MDBCA-DG,SILM576X,SILM57XX,SILM8245DBCG-DG,SILM5150SCG-DG,SILM5350HBBCA-DG,SILM5766FCG-DG,SILM27624MGB-DG,SILM5350PADCM-DG,SLMI8235HDDCG-DG,SILM5350HADCM-DG,SLMI331HCG-DG,SLMI34X,SILM574X系列,SILLM5764FCG-DG,SILM5350FGDCM-DG,SILM8245ABCL-DG,SLMI333HCG-DG,SILM5992SHCG-DG,SILM8243ABCL-DG,SILM5742CG-DG,SILM8244DBCL-DG,SILM27212EK-DG,SILM5722FCM-DG,SILM8245DBCL-DG,SILM8244GBCL-DG,SILM5730FCG-DG,SILM5350RBDCM-DG,SLM27524,SILM5741CG-DG,SILM5350SGDCM-DG,SILM5764CG-DG,SILM5150S,SILM5760CG-DG,SILM5350MADCM-DG,SLMI8234HBDCP-DG,SILM8244DBCG-DG,SILM5350SBBCA-DG,SLM345CK-DG,SILM5769LCG-DG,SILM5350,SILM5142SCG-DG,SLMI8235HBDCG-DG,SILM8243BBCP-DG,SLMI335HCG-DG,SILM5720FCM-DG,SILM8245BBCL-DG,SLMI350,SLMI8235HDDCP-DG,SLMI8233DDCG-DG,SILM5144SCA-DG,SLMI33X,SLMI334CG-DG,SILM8245ABCG-DG,SILM5761CG-DG,SLM34X系列,SILM5767CG-DG,SLMI8233HDDCG-DG,SILM5721FCM-DG,SILM5722CM-DG,SLMI334HCG-DG,SILM5350MGBCA-DG,SILM5350FBBCA-DG,SLM27524CA-DG,SILM5202CM-DG,SILM5350RADCM-DG,SILM5350SABCA-DG,SILM8243BBCG-DG,SILM824X系列,SILM5206E05-DG,SILM5765CG-DG,SLMI8234HDDCP-DG,SILM5206系列,SLMI8234HBDCG-DG,SILM8244ABCP-DG,SLMI8235HBDCP-DG,SILM5350RDBCA-DG,SILM8244GBCP-DG,SILM27212系列,SILM8243DBCP-DG,SILM5350MABCA-DG,SILM27624HGB-DG,SILM573X系列,SILM52XX,SILM5350HDBCA-DG,SILM5350PDBCA-DG,SILM5350FDBCA-DG,SILM5851NHCG-DG,SILM5142S,SILM5211CM-DG,SILM8245BBCG-DG,SILM5206M25-DG,SILM27624HCA-DG,SILM5763CG-DG,SLMI332CG-DG,SLM27524GB-DG,SLM34X,SILM8243BBCL-DG,SILM5150,SLMI8235DDCG-DG,SILM5350HBDCM-DG,SILM5720CM-DG,SILM5765FCG-DG,SILM5350SGBCA-DG,SLMI8231DDCG-DG,SLM346CK-DG,SILM5350RDDCM-DG,SILM8243ABCG-DG,SLMI8230BDCG-DG,SILM5722CA-DG,SLMI8234BDCG-DG,SILM5350FDDCM-DG,SILM27212,SLM27211EK-DG,SILM5731FCG-DG,SILM8243GBCG-DG,SLM27211系列,SILM5350HGDCM-DG,SILM5991SHCG-DG,SLMI330CG-DG,SILM5768LNCG-DG,SILM5769LNCG-DG,SILM27624LCA-DG,SILM8244ABCL-DG,SILM5350MGDCM-DG,SILM5200CM-DG,SILM8243DBCL-DG,SILM5740FCG-DG,SILM8245GBCL-DG,SLM27211CA-DG,SILM5760FCG-DG,SILM5720FCA-DG,SILM5730CG-DG,SILM8244ABCG-DG,SILM27624LGB-DG,SILM5350MDDCM-DG,SILM8243GBCL-DG,SILM52XX系列,SILM5350PBDCM-DG,SLMI330HCG-DG,SILM574X,SILM58XX,SLMI33X系列,SILM5932SHOCG-DG,SILM5350SDDCM-DG,SLMI8234HDDCG-DG,SLM341CK-DG,SILM5721CA-DG,SILM5350MBBCA-DG,SILM5150SCM-DG,SILM5350SADCM-DG,SILM8245GBCG-DG,SILM572X系列,SILM5350FGBCA-DG,SILM573X,SILM8244BBCP-DG,SILM5720CA-DG,SLMI823X,SILM5350FBDCM-DG,SLMI8234DDCG-DG,SILM5350FADCM-DG,SILM27624MCA-DG,SILM5350RBBCA-DG,SILM5350SBDCM-DG,SILM5350RGDCM-DG,SILM572X,SILM5350HDDCM-DG,SILM5763FCG-DG,SILM5350PDDCM-DG,SILM5144S,SILM59XX,SLMI8232BDCG-DG,SLMI8233HBDCP-DG,SILM8243DBCG-DG,SLMI331CG-DG,SLM27211CB-DG

选型指南 - 数明半导体 - 2023/7/21 PDF 中文下载

数明半导体（Sillumin）直流充电桩芯片选型指南

描述- 电动汽车直流充电桩俗称"快充"，它输入端连接交流电网，输出端提供足够的功率，输出电压和电流调整范围大，可以适配不同品牌的电动汽车动力电池，实现充电要求。直流快充桩一般采用模块化堆叠设计，单模块功率范围从15kw至40kw，单桩输出功率可达350kw。

型号- SILM5350SABCA-DG,SILM5350RABCA-DG,SILM8243BBCG-DG,5ILM5350MABCA-DG,SILM824X系列,SILM8244BBCG-DG,SILM82XX,SLMI8234HDDCP-DG,SLMI8234HBDCG-DG,SILM8244ABCP-DG,SLMI8235HBDCP-DG,SILM5150SDC-DG,SILM5350SDBCA-DG,SILM5350RDBCA-DG,SILM8244GBCP-DG,SILM8243GBCP-DG,SILM5350PABCA-DG,SILM5350HABCA-DG,SILM8243DBCP-DG,SILM8244DBCP-DG,SLMI8230DDCG-DG,SILM27624HGB-DG,SILM5341TCR-DG,SLMI8232DDCG-DG,SILM52XX,SILM5350FABCA-DG,SILM5350RGBCA-DG,SILM5350PGBCA-DG,SILM5721CM-DG,SILM105XS,SILM5350HDBCA-DG,SILM5350PDBCA-DG,SLM27523GB-DG,SILM5350FDBCA-DG,SLMI8231BDCG-DG,SILM5722FCA-DG,SILM5211CM-DG,SILM1044SEN-DG,SLMI8233BDCG-DG,SLMI8235BDCG-DG,SLMI823X系列,SLM2762X系列,SILM1044SCA-DG,SILM5350HGBCA-DG,SILM8245BBCG-DG,SILM5741FCG-DG,SILM27624HCA-DG,SILM8244GBCG-DG,SILM824X,SLMI8233HBDCG-DG,SILM5721FCA-DG,SILM105XS系列,SILM5740CG-DG,SLM27523CA-DG,SLMI8233HDDCP-DG,SILM5350系列,SLM27524GB-DG,SILM10575CA-DG,SILM5742FCG-DG,SILM8245BBCP-DG,SILM8243BBCL-DG,SILM8244BBCL-DG,SILM27624,SILM5150,SLMI8235DDCG-DG,SILM5350MBDCM-DG,SILM5346TCR-DG,SILM1050SCA-DG,SILM5350HBDCM-DG,SILM5720CM-DG,SILM5350SGBCA-DG,SLMI8231DDCG-DG,SILM1051SCA-DG,SILM5350PBBCA-DG,SLM346CK-DG,SLM343CK-DG,SILM5350PGDCM-DG,SLM340CK-DG,SILM104XS,SILM5350RDDCM-DG,SILM8243ABCG-DG,SILM5350MDBCA-DG,SLMI8230BDCG-DG,SILM5722CA-DG,SILM57XX,SLMI8234BDCG-DG,SILM8245DBCG-DG,SILM5150SCG-DG,SILM5350FDDCM-DG,SILM5350HBBCA-DG,SLM34X,SILM534X系列,SILM27624MGB-DG,SILM5350PADCM-DG,SLMI8235HDDCG-DG,SILM5350HADCM-DG,SILM5345TCR-DG,SILM8243GBCG-DG,SILM5340TCR-DG,SILM1042SCA-DG,SILM5350HGDCM-DG,SILM5350FGDCM-DG,SILM8245ABCL-DG,SILM1050SEN-DG,SILM27624LCA-DG,SILM10575EN-DG,SILM1040SEN-DG,SILM8243ABCL-DG,SILM8244ABCL-DG,SLM27525CA-DG,SILM5350MGDCM-DG,SILM5742CG-DG,SILM5200CM-DG,SILM8243DBCL-DG,SILM8244DBCL-DG,SILM5722FCM-DG,SILM8245DBCL-DG,SILM5740FCG-DG,SILM8244GBCL-DG,SILM8245GBCL-DG,SILM5720FCA-DG,SILM5350RBDCM-DG,SILM8244ABCG-DG,SILM27624LGB-DG,SILM5350MDDCM-DG,SILM8243GBCL-DG,SILM52XX系列,SLM27524,SILM5741CG-DG,SILM5350SGDCM-DG,SILM5350PBDCM-DG,SILM10515EN-DG,SILM5150S,SILM5343TCR-DG,SILM534X,SILM5350MADCM-DG,SILM5350SDDCM-DG,SLMI8234HDDCG-DG,SLM341CK-DG,SLMI8234HBDCP-DG,SILM8244DBCG-DG,SILM10405CA-DG,SILM5721CA-DG,SILM5350MBBCA-DG,SILM5150SCM-DG,SILM5350SADCM-DG,SILM53505BBCA-DG,SILM8245GBCG-DG,SILM572X系列,SILM5350FGBCA-DG,SLM345CK-DG,SILM5350,SLMI8235HBDCG-DG,SLM27525GB-DG,SILM8244BBCP-DG,SILM8243BBCP-DG,SILM5720CA-DG,SILM5720FCM-DG,SLMI823X,SILM8245BBCL-DG,SLM2762X,SILM5350FBDCM-DG,SILM104XS系列,SLMI8235HDDCP-DG,SLMI8233DDCG-DG,SLMI8234DDCG-DG,SILM1042SEN-DG,SILM8245ABCG-DG,SILM5350FADCM-DG,SILM27624MCA-DG,SILM5350RBBCA-DG,SILM5350SBDCM-DG,SILM5350RGDCM-DG,SLM34X系列,SILM572X,SILM5350HDDCM-DG,SILM5350PDDCM-DG,SLMI8232BDCG-DG,SLMI8233HDDCG-DG,SILM5722CM-DG,SILM5721FCM-DG,SLMI8233HBDCP-DG,SILM8243DBCG-DG,SILM5350MGBCA-DG,SILM5350FBBCA-DG,SLM27524CA-DG,SILM5202CM-DG,SILM5350RADCM-DG,SLM8243ABCP-DG

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