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谈谈LM5101B高压集成驱动IC问题

时间:10-02 整理:3721RD 点击:

      楼主meicai gao 的主要问题是:我用两片LM5101B去驱动H桥MOS管,做一个D类功放,加上方波信号(150K方波,已经加了500ns死区延时),空载总电流300多毫安,驱动芯片发热严重,一会就烧掉了,换了一片芯片后,我先把方波信号频率降到10k没有问题,输出正常,但是频率增加到30看时驱动芯片又开始发热,后来加到100k时,一会又烧掉了,到底是怎么回事啊?求教!附件是功率级电路图。

      帖子链接:http://www.deyisupport.com/question_answer/analog/power_management/f/24/t/11534.aspx

            TI FAE:Johnsin Tao , Scott Sun 解答了楼主的问题,指出了设计中存在的几个问题:1,驱动MOSFETE的Qg过大,导致的驱动损耗比较大;2.驱动芯片的散热PCB布局可能存在问题;3,LM5101B在高频的时候驱动能力可能不足,推荐使用UCC27211。

           通过TI的技术人员的解答,我们可以大概的了解高压集成驱动芯片的一些设计要点。在这里和大家一起分享下使用这类驱动芯片的一点小经验。

          记得自打八十年代到现在,高压集成驱动器已经过去了超过三十个年头。数十年的应用和发展已经使它深入到我们周围的所有领域,那么我们为什么需要需要高压集成驱动芯片呢?这个和我们设计选择的拓扑结构密切相关。像我们经常使用的BUCK,LLC,全桥等电路,都有一个浮动的MOSFET需要驱动,对于这个MOSFET的驱动,除了光耦,变压器外(这来年两种驱动方式各有其缺陷),就只有选择高压集成驱动芯片了。

           现在回到楼主meicai gao关心的LM5101B上面来,我们先来看看去其内部结构及应用,如下图所示:

           从上图可以看出,LM5101B的基本工作原理,LO负责驱动低端的MOSFET Q1,HO则负责驱动高端的的MOSFET Q2,在Q1导通的时候,通过图中圆圈部分的二极管D给自举电容C进行充电,以提供驱动Q2所需要的能量。这里需要注意的是如果Q1不导通,Q2是无法开启的的。因为电容C没能量了。

          从上面的工作原理的分析,我们可以注意到两个问题,一个就是自举电容C的选择了。对于这个电容容量的选择,TI的文件中并没有找到详细的说明。这个很工作频率有很大的关系,按照个人设计经验,一般会选择1uF左右的LOW ESR的陶瓷电容。如果充电过慢的话,可以考虑减小这个电容。对于这个充电的自举二极管,就可以找到其相关的资料了,如下图所示,其最高耐压为118V,注意降额问题,推荐值在110V以下,才可以保证可靠性。

           设计中需要注意的另外一个问题,就是Johnsin Tao 所提到的驱动电流的问题,这一点直接关系到我们的MOSFET的选择,因为这个驱动电流是需要给MOSFET的Qg充电的,驱动电流不够的话,将会导致MOSFET开关速度过慢,开关损耗过大,而芯片本身的发热也比较严重,这个情况在驱动的频率越高的时候,表现出来的越明显。我们来看看LM5101B的驱动电流究竟有多少呢?如下图所示:

           从上图我们可以发现。驱动电流最大的当属LM5101A了。最大驱动能力在3A,而LM5101B了。最大驱动能力只有2A,这个驱动能力对于一般的MOSFET是绰绰有余了,但是对于大功率的,大Qg的MOSFET,尤其是多个MOSFET并联使用的话,就有点捉襟见肘了。无怪乎,Johnsin Tao 要推荐驱动能力更强的UCC27211了,我们顺便看看UCC27211的驱动能力吧,如下图所示:

        UCC27211的驱动能力确实强悍,居然达到了4.5A!足足是LM5101B的驱动能力的两倍多啊。这个能力驱动大多数的MOSFET是毫无压力啊。

        最后再看看 Johnsin Tao 提到的LM5101B芯片发热的处理问题了,由于LM5101B本身的驱动能力不足,在加上楼主meicai gao 的驱动频率比较高,达到了100KHZ,这个发热就不容忽视,对于散热问题,只能从PCB上面来考虑了,可以结合LM5101B使用TI推荐的PCB散热布局了,如下图所示:

          最后,如果这么多招,全部都用上了,依然解决不了问题的话,就别犹豫了,像楼主meicai gao 一样,直接更换为UCC27211吧,更强的驱动能力,几乎完全兼容LM5101B的设计了,外围参数几乎不用修改,发热,驱动频率问题也就不再是瓶颈了。下图为UCC27211典型应用电路,可以参考。

         以上就是个人使用LM5101B这类高压集成驱动IC的一点体会,在这里与大家一起讨论一下。欢迎一起讨论。

 

对于500V,600V这个电压等级的高压集成驱动IC,不知道TI是否有相应的解决方案?求推荐?

很快会有一颗700V的IC RTM

700V基本上涵盖了现在大部分AC,DC的使用场合,如果驱动能力足够的话,还是相当值得期待的。

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