半桥驱动芯片自适应死区控制电路设计

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半桥驱动芯片具有高可靠性、高集成度和智能化等优点,在电机驱动和开关电源中应用广泛。死区控制技术是半桥驱动芯片的关键技术之一,死区时间过长会导致额外的体二极管导通损耗,过短则会增加功率器件的直通风险。尤其在高频应用中,当驱动芯片输入信号为窄脉冲时,功率器件极易发生直通问题。因此,研究半桥驱动芯片自适应死区控制电路具有重要意义。本论文首先介绍了半桥驱动芯片以及自适应死区控制电路的研究意义,然后分析了死区控制电路的延时特性和可靠性,指出了芯片在窄脉冲输入时,死区反馈延时时间过大会导致高低侧功率管发生直通的问题。针对该问题,本文设计了一种新型防直通自适应死区时间控制电路,该电路由死区检测电路、高可靠低延时降压电平移位电路、窄脉冲防直通控制电路以及前馈控制电路组成。死区控制电路根据半桥驱动芯片输出信号自动调节死区时间以实现不同负载条件下的正常工作,通过窄脉冲防直通控制电路和前馈控制电路消除窄脉冲输入时半桥驱动芯片高低侧输出的直通问题,通过高可靠低延时降压电平移位电路降低了高侧最小供电电压。最后,优化了芯片的死区时间,解决了窄脉冲输入下功率管直通的问题,确保半桥驱动芯片在高频应用场景下的安全可靠。本论文基于0.25μm 60V Bipolar-CMOS-DMOS(BCD)工艺进行了仿真和流片。流片测试结果表明:在15V工作电压、40V功率电压和1MHz工作频率下,死区时间可根据负载条件的变化而自动变化,高侧典型死区时间为27.4ns,低侧典型死区时间为24.3ns,高侧最小供电电压可低至2.2V,最小输入脉冲宽度为28ns,静态电流为162μA,所有指标参数均达到设计指标要求。
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