【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

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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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型号- SLMI77XX系列,SLM27511,SLM2003E,SLM27512,SLM2003S,SLMI8273,SLM2104S,SLMI8232,SLMI8233,SLMI8230,SLMI8274,SLM2108S,SLMI8231,SLMI8275,SLMI7740,SLMI5320,SLMI7742,SLMI8234,SLMI7741,SLMI8235,SLM345,SLMI77XX,SLM346,SLMI776X,SLM2110,SLMI330,SLM2752X,SLM7888,SLMI772X,SLMI334,SLMI333,SLMI332,SLMI331,SLMI137,SLMI335,SLM27524,SLM27525,SLMI772X系列,SLM2181,SLM27523,SLMI776X系列,SLM2101S,SLM341,SLM2004S,SLM343,SLM340,SLMI827X系列,SLM21814,SLMI823X系列,SLMI33X系列,SLMI5952,SLM27517,SLM21XX,SLM2186,SLM2184S,SLM27519,SLM2304S,SLM27211,SLM20XX系列,SLM2005S,SLMI23514,SLM2106S,SLMI7760,SLMI7762,SLMI7761,SLMI7720,SLMI827X,SLMI7763,SLMI7721,SLMI823X,SLM34X,SLMI774X,SLM2005E,SLMI7769,SLMI350,SLM21XX系列,SLM2015,SLM2136,SLM2106B,SLM21867,SLM2014,SLMI33X,SLMI774X系列,SLM34X系列,SLM21364,SLM2103S,SLM2009,SLMI5852,SLM2001S,SLM20XX,SLM2751X

2022.01 - 数明半导体 - 选型指南 - V1.0 代理服务技术支持现货查询批量订货

数明半导体（Sillumin）驱动/信号与接口/电源管理选型指南

描述- 上海数明半导体有限公司成立于2013年，聚焦于研发高性能、高可靠的模拟芯片并提供系统的整体解决方案。以客户为中心、市场为导向、质量为根本，专注服务于工业控制、电源管理、光通讯、新能源及汽车等终端应用领域。公司总部位于上海，在深圳等地均设有分支机构或办事处。

型号- SILM59XX 系列,SILM5350SDDCM-AQ,SILM8243BBCP-AQ,SILM5142SCM-DG,SILM27531HCA-DG,SILM5742FCG-AQ,SILM826X,SILM82XX,SILM5350RBBCA-AQ,SLMI335CG-DG,SILM5150SDC-DG,SILM5350RADCM-AQ,SILM5350FADCM-AQ,SLM883X,SILM5350PGDCM-AQ,SILM42280CN-AQ,SLM2752X,SILM8243GBCP-DG,SLM7888,SILM5350PABCA-DG,SILM5350HABCA-DG,SLMI8230DDCG-DG,SILM6582CB-DG,SILM27624LCA-AQ,SILM5350RGBCA-DG,SLM2181,SLMI8233HBDCG-AQ,SLM27523GB-DG,SLM411A,SLMI8231BDCG-DG,SILM5722FCA-DG,SILM5350FBBCA-AQ,SLMI8235BDCG-DG,SILM5761FCG-DG,SILM5320HBBCA-DG,SILM5766CG-DG,SILM1040SEN-AQ,SLM27211EL-7G,SLM2186,SLM2186CA-DG,SLM2751X 系列,SILM5350MDBCA-AQ,SILM82XX系列,SILM824X,SLM27211,SILM5762CG-DG,SILM8243GBCP-AQ,SLMI8233HBDCG-DG,SILM8245GBCL-AQ,SLMI350DB-DG,SILM8244DBCL-AQ,SILM576X系列,SLMI8233HDDCP-DG,SLM2004SCA-13GTR,SILM5350PBDCM-AQ,SILM5852SHCG-DG,SILM5742FCG-DG,SILM8260AGCS-AQ,SILM8244BBCL-DG,SILM5346TCR-DG,SILM826X系列,SILM5722FCA-AQ,SILM1051SCA-DG,SILM824X 系列,SILM574X 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