Dieses Dokument beleuchtet die häufigsten Themen, die eine Halbbrücken-Leistungsstufe in Motorantrieben steuern
Anwendungen (mit monolithischem IC-Gate-Treiber) und schlägt geeignete Lösungen zur Behebung der Probleme vor.
Themen wie die Dimensionierung einiger grundlegender Komponenten, wie Bootstrap-Schaltung und Ein-/Aus-Gate-Widerstände; und
Halbbrücken-Parasitärelemente mit ihren Auswirkungen werden diskutiert. Einige mögliche Lösungen werden vorgeschlagen und
schließlich werden einige Layout-Tipps vorgestellt.
Alle Situationen und die vorgeschlagenen Lösungen sind, sofern nicht anders angegeben, für einen typischen Infineon monolithischen
Gate-Treiber mit schwebender Bootstrap-Versorgung
Die Bootstrap-Schaltung
Die Bootstrap-Versorgung besteht aus einer Diode und einem Kondensator, die wie in Abbildung 1 gezeigt angeschlossen sind.
Diese Methode hat den Vorteil, einfach und kostengünstig zu sein, kann jedoch einige Einschränkungen hinsichtlich des Tastgrads und
der Einschaltzeit erzwingen, da diese durch die Anforderung, die Ladung im Bootstrap-Kondensator aufzufrischen, begrenzt sind.
Die Wahl eines geeigneten Kondensators kann diese Einschränkungen drastisch reduzieren.
Dimensionierung des Bootstrap-Kondensators
Um den Bootstrap-Kondensator zu dimensionieren, ist der erste Schritt, den minimalen Spannungsabfall (ΔVBS) festzulegen, der garantiert ist wenn der High-Side-IGBT eingeschaltet ist. Wenn VGEmin die minimale Gate-Emitter-Spannung ist, die aufrechterhalten werden muss, muss der Spannungsabfall sein:
unter der Bedingung:
Hier ist VCC die IC-Versorgungsspannung, VF die Vorwärtsspannung der Bootstrap-Diode, VCEon die Emitter-Kollektor-Spannung des Low-Side-IGBT und VBSUV-
ist der Schwellenwert für die Unterspannung der High-Side-Versorgung in negativer Richtung.