帶電流檢測的門極驅動ICs: IR212X

概要

器件介紹
電流檢測原理
電流檢測電路結構
布線注意事項

1） 器件介紹

IR有四款單通道驅動器具有電流檢測功能。IR2121和IR2125分別為低端和高端驅動器，它們具有較高的驅動能力（1A出/2A 入）。這兩款器件內的電流檢測電路使用一個定時電路，由ERR 腳來確定從檢測出過流到關閉輸出的延遲時間。IR2127 和IR2128 都是高端驅動器（IR2127 的輸入為高有效，IR2128的輸入為低有效），它們的輸出能力較低（200mA出/420mA入），電流檢測電路也比較簡單。

對于那些需要長時間輸出為高，或者負載阻抗較大（>500 ohm）的應用，自舉電容上的電壓就會下降。這種情況下就需要一個充電泵電路（見應用指南AN978）。如何選擇自舉元件請看DT98-2“驅動自舉元件的選擇”。

2） 電流檢測原理

IR2127/IR2128 電流檢測功能

圖一給出了IR2127/IR2128 的典型接線圖。CS 腳即是用來檢測電流的。檢測電路有一段間隙時間以確定在器件開通時CS不被誤觸發（在緊接輸出變高后的一段與間隙時間相等的時間里，標么值為750nS，IC最初忽略CS腳上的電壓）。過了這段間隙，如果CS 上電壓還在開啟電壓之上，IC 就關掉輸出，置FAULT端為低（注意：FAULT端為漏極開路輸出，所以是低有效）。

當輸入被關掉，FAULT 信號被清掉，IC被復位。如果過流依然存在，對于接下來的有效輸入信號IC將重復上述動作。因此過流保護是一個周期一個周期重復的。

圖1）IR2127典型接線圖

IR2121/IR2125的電流檢測功能

圖二給出了IR2125 的典型接線圖。IR2121的典型接線圖與其相似，而它是低端驅動，不需要自舉二極管（1腳和8 腳內部連接到一起）。同樣CS腳是用來檢測電流的。同樣有一段間隙時間以確定在器件開通時沒有誤觸發，但動作稍有不同。當CS端電壓達到開啟電壓（230mV）時，IC檢測到過流。這時IC會等一段與間隙時間相等的時間（500ns標么值）以濾掉功率器件開關動作產生的噪音毛刺。過了這段間隙如果CS上電壓還在開啟電壓之上，輸出驅動器就切換到線形模式，由一個反饋放大器控制輸出門極驅動電壓。這個放大器和輸出功率開關組成一個負反饋回路以控制門極驅動電壓到一個較低的值，將開關器件電流限制在預設值之內。該預設值由CS 腳和VS（IR2125）或COM（IR2121）腳之間的取樣電阻值決定。例如，如果取樣電阻是0.23 歐姆，則電流將被限制在1A。

圖2）IR2125典型接線圖

ERR 腳是多功能的，它提供狀態指示，線形模式時序和周期循環控制。當IN為低時，ERR腳被以30mA的下拉電流拉低。當IN變為高時，ERR腳呈高阻狀態接一個1 M 下拉電阻。當CS 腳有過流信號，輸出級切換到線性模式時，ERR腳將輸出100uA 充電電流到連接在ERR 和COM 之間的電容上。所以，ERR 腳電壓將以某個速度上升。該速度由電容決定(dt=C*(dv/Ierr))。如果CS腳電壓消失，充電電流將被終止。驅動器又回到正常的開關模式。可是如果故障狀態還存在，ERR電容被充電到1.8V以上，那么ERR觸發比較器將被觸發，輸出被關閉。ERR觸發比較器還會啟動一15mA上拉電流，將ERR腳拉高至Vcc以指示故障。ERR 觸發比較器也會被外部脈沖觸發來完成周期循環關閉功能。為了防止電流過大，只有在輸出為高時，這些脈沖才會發生（記住：當輸入為低時，Err腳被下拉，下拉電流為30mA）。

電流傳感功能被設計用來處理如圖3）的“硬”短路和脈沖式短路故障。在硬短路情況下，ERR 電容值決定在關閉發生之前，線性模式門極驅動的時間長短。在脈沖式短路情況下，ERR 電容起了一個積分器的作用，它決定了在關閉剩余周期之前所允許脈沖短路的個數。

圖3a ‘硬’短路時的保護邏輯 圖3b 脈沖短路時的保護邏輯

3） 電流檢測電路設置

基本的源極/發射極取樣電阻設置

圖4 中的電路說明了源極/發射極取樣電阻的用法。電阻值的選擇依據你所期望的觸發電流水平，在此電流水平上，電阻上的電壓,也就是加到CS端上的電壓將超過Vcsth+開啟電壓。這種方法有兩個缺點：

1）所有負載電流流過取樣電阻，產生功耗，降低效率。 2）反向電流流過主開關器件的反并二極管，產生負電壓加到CS端。此電壓必須限制在300mW以內。

此電路主要的優點是用于IGBT和MOSFET都非常簡單。

圖4）應用源極/發射極取樣電阻的電流檢測電路

使用Hexsense MOSFET 的電路設置

圖5）給出了使用Hexsense 帶電流檢測的 MOSFET時的電路配置。在此電路中，一部分漏極電流從Hexsense MOSFET 的電流檢測腳流出，流過取樣電阻，再流到源極。電流取樣電阻阻值取決于與MOSFET 上過載電流相應的從Hexsense電流檢測腳上流出的那部分電流的大小。

圖5）應用Hexsense MOSFET 的電流檢測方法

此電路要比在源極/發射極下串取樣電阻的方法要好，因為只有一小部分漏極電流流過取樣電阻，所以功耗顯著降低。一個可能的缺點是在額定電壓和Rds(on)方面與常規MOSFET 相比，沒有太多的Hexsense MOSFET 可供選擇。

欠飽和檢測電路

圖6 所示的電流檢測電路是所謂的欠飽和檢測電路。它起初用于IGBT，用來檢測由于過流而過飽和的IGBT 的電壓。這就是說，它也可以用于MOSFET。對于MOSFET，原理相似，因為過載時FET上的電壓將會顯著增加。

圖6）欠飽和檢測電路圖

計算電阻值用下面的方法。

Rg是門極電阻，選擇適當阻值以優化開關速度和開關損耗。

R1典型值為20k；高的阻值有助于最大限度地減小由于二極管D1而增加的彌勒電容，確保沒有顯著電流從HO 流出。注意二極管D1 應具有和自舉二極管一樣的特性。

當HO 輸出為高時，MOSFET（也可以是IGBT）Q1 開通。則圖6 中的X點被拉低至一個電壓，此電壓等于FET 上的壓降Vds 加上二極管D1 壓降。所以，當FET Q1 上的壓降達到你所設定的指示過載故障的限值時，我們將關掉驅動器輸出。

所以Q1 上Vds 電壓為10V。一個的超快恢復二極管的典型電壓值為

1.2V。 Vx=VD1+VDS

Vx=1.2+10
Vx=11.2V

IR2127 CS 端開啟電壓為250mV，所以我們需要對Vx 分壓，使Vx=11.2V 時，Vy=250mV。

VY=Vx * R3/(R2+R3) 設R2=20k R3=457 

4） 布板注意事項

以下是在應用電流傳感驅動器時布板需要注意的幾點。

1）盡可能縮短輸出到門極的連線（小于1 inch 比較合適）。 2）使電流檢測電路盡可能靠近IC以使由電路耦合噪聲引起誤觸發的可能性

降到最低。 3）所有大電流連線盡可能加寬以減小電感。 4）更進一步的布線提示可以參考設計提示97-3“由控制IC 驅動的功率電

路中的瞬態問題的處理”