在現(xiàn)代電力電子系統(tǒng)中，半橋柵極驅(qū)動(dòng)器是連接低壓控制系統(tǒng)與高壓功率器件的關(guān)鍵芯片，其核心功能是將邏輯控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為能夠直接驅(qū)動(dòng)功率MOSFET或IGBT的高電流柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)；

而在此過程中，驅(qū)動(dòng)器不僅需要完成電平轉(zhuǎn)換，還要承擔(dān)高低側(cè)驅(qū)動(dòng)、電壓隔離、開關(guān)時(shí)序控制等多重職責(zé)，同時(shí)還要在復(fù)雜的高壓環(huán)境下精確控制柵極電壓變化，確保功率器件能安全、高效地完成工作。

目前，半橋柵極驅(qū)動(dòng)器已廣泛應(yīng)用于工業(yè)電機(jī)控制、開關(guān)電源、工業(yè)自動(dòng)化以及新能源系統(tǒng)等領(lǐng)域中，其相關(guān)性能直接影響著系統(tǒng)效率、功率密度及運(yùn)行可靠性——例如，在高頻開關(guān)場(chǎng)景中，驅(qū)動(dòng)能力決定了功率器件的開關(guān)速度與損耗水平；而在高壓應(yīng)用場(chǎng)合中，驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)則關(guān)乎著系統(tǒng)的抗干擾能力與工作穩(wěn)定性。

從機(jī)器人關(guān)節(jié)到變頻器，面向半橋驅(qū)動(dòng)場(chǎng)景的高效解決方案

面向半橋驅(qū)動(dòng)場(chǎng)景，如何選擇一款能在復(fù)雜高壓環(huán)境下實(shí)現(xiàn)高側(cè)可靠驅(qū)動(dòng)、有效規(guī)避上下管直通風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)兼顧驅(qū)動(dòng)效率與運(yùn)行穩(wěn)定性的半橋驅(qū)動(dòng)器，已成為實(shí)現(xiàn)多類電力電子系統(tǒng)高效、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

例如，面向600V及以下功率變換場(chǎng)景的HPD2606X就是一款高壓高速半橋柵極驅(qū)動(dòng)器——它采用了專有HVIC與抗閂鎖CMOS工藝，具備堅(jiān)固的電路結(jié)構(gòu)，邏輯輸入兼容3.3V至15V電平，能直接對(duì)接主流控制平臺(tái)；
同時(shí)，其輸出端具有高脈沖電流緩沖級(jí)，可有效提升驅(qū)動(dòng)能力并抑制交叉導(dǎo)通，還能通過懸浮通道設(shè)計(jì)支持高側(cè)N溝道MOSFET或IGBT驅(qū)動(dòng)，最高工作電壓可達(dá)600V。

半橋柵極驅(qū)動(dòng)芯片——HPD2606X典型應(yīng)用原理示意圖與功能框圖

在工業(yè)機(jī)器人關(guān)節(jié)模組領(lǐng)域中，通常關(guān)節(jié)模組動(dòng)作復(fù)雜、內(nèi)部空間緊湊，要精準(zhǔn)地完成工序動(dòng)作，就需要柵極驅(qū)動(dòng)芯片能穩(wěn)定接收來自主控芯片的高頻PWM信號(hào)并做出反饋，從而高效驅(qū)動(dòng)功率管柵極；

而在此過程中，HPD2606X具備優(yōu)異的抗dv/dt能力、瞬態(tài)耐受能力，能有效抑制開關(guān)節(jié)點(diǎn)電壓突變帶來的誤觸發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，減少電磁干擾，保障驅(qū)動(dòng)信號(hào)穩(wěn)定可靠，助力關(guān)節(jié)模組實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的位置控制與高動(dòng)態(tài)響應(yīng)。

在變頻器（Variable Frequency Drive, VFD）領(lǐng)域中，變頻器的主要職責(zé)是將直流電逆變?yōu)槿嘟涣麟娺M(jìn)而驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作。HPD2606X懸浮通道可用于驅(qū)動(dòng)N通道功率MOSFET或IGBT的高側(cè)配置，其工作電壓高達(dá)600V，能覆蓋大部分中小功率變頻器，且憑借著100/130ns的典型ton/toff（開啟/關(guān)閉傳播延遲）與高達(dá)290mA /600mA的典型IO+/IO-（高/低電平輸出短路脈沖電流），HPD2606X還能夠顯著縮短功率器件的開關(guān)時(shí)間，提高系統(tǒng)響應(yīng)速度，降低開關(guān)損耗。

破解半橋驅(qū)動(dòng)核心難題——以懸浮通道與死區(qū)控制構(gòu)建可靠的底層能力

眾所周知，半橋驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域的核心挑戰(zhàn)集中在高側(cè)懸浮驅(qū)動(dòng)與上下管直通防護(hù)兩個(gè)方面。懸浮通道是一種專門針對(duì)高側(cè)驅(qū)動(dòng)問題設(shè)計(jì)的架構(gòu)，其本質(zhì)是讓高側(cè)驅(qū)動(dòng)電路隨功率管源極電位一起“浮動(dòng)”，從而始終維持一個(gè)穩(wěn)定的柵極驅(qū)動(dòng)電壓。

如下典型應(yīng)用電路示意圖所示，半橋柵極驅(qū)動(dòng)芯片HPD2606X通過自舉電路實(shí)現(xiàn)懸浮通道設(shè)計(jì)；芯片僅需集成電容與二極管即可構(gòu)建高側(cè)懸浮供電通路，讓上管的驅(qū)動(dòng)電路跟著源極電位一起浮動(dòng)，始終給柵極提供穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)電壓；該設(shè)計(jì)無需額外配置隔離電源，可有效簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)并降低整體物料成本。

半橋柵極驅(qū)動(dòng)芯片——HPD2606X典型應(yīng)用電路示意圖

同時(shí)，為防止上下功率管在切換過程中出現(xiàn)直通現(xiàn)象，HPD2606X還設(shè)置了典型值為520ns的固定死區(qū)保護(hù)電路。在死區(qū)時(shí)間內(nèi)，高側(cè)與低側(cè)輸出均被設(shè)置為低電平，可從時(shí)序上徹底避免導(dǎo)通重疊。

此外，輸出驅(qū)動(dòng)器還具有高脈沖電流緩沖級(jí)，可加快柵極電容的充放電速度，從動(dòng)態(tài)角度縮短開關(guān)過渡時(shí)間，進(jìn)一步降低發(fā)生上下功率管重疊導(dǎo)通的概率。

死區(qū)時(shí)間設(shè)置示意圖

另外，如下導(dǎo)通損耗示意圖所示，MOSFET和IGBT等功率器件在導(dǎo)通與關(guān)斷過程中，電壓與電流的重疊區(qū)域會(huì)產(chǎn)生顯著的導(dǎo)通/關(guān)閉損耗。
而HPD2606X通過縮短傳播延遲以及優(yōu)化上升/下降時(shí)間，即可有效減少這一重疊區(qū)間，從而降低開關(guān)損耗、提升系統(tǒng)效率。

功率管導(dǎo)通損耗示意圖與HPD2606X的動(dòng)態(tài)電氣特性

審核編輯 黃宇