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主流半桥驱动芯片如何发展:先增效再降本

Robot Vision 2021-10-28 08:00 次阅读
在直流电机中,单片机提供的电压电流一般不足以驱动直流电机,只能作为驱动信号。所以要在它们之间加一个Motor Driver,即驱动器。半桥驱动器的作用就是通过功率管产生交流电触发信号,从而产生大电流进一步驱动电机。相比于全桥,半桥驱动电路成本偏底,电路也更容易形成,而全桥电路成本高,电路相对复杂。当然,全桥电路不容易产生泻流,而半桥电路在振荡转换之间容易使波形变坏,产生干扰。
在半桥驱动电路中一般都会加入死区设置,如果不加入死区,那么在一个电力电子器件尚未完全关闭时另一个电子器件就已经完全开启,这样会形成短路,从而烧坏器件。因此半桥驱动芯片中如何降低死区时间要求,是一处十分体现性能的要点。
其实主流大厂的这一类型芯片,性能都非常高,各家独有技术加持下的产品可以说各有所长,在效率拉不开明显差距的情况下,降低成本提升性价比成了主流半桥驱动芯片另一个比拼的重点。

Infineon 半桥驱动芯片

Infineon在半桥驱动上可以说是集大成者,他们的半桥驱动芯片通常带有两个互锁通道。这里不再对IR2104这款耳熟能详的半桥驱动做赘述,大家对他太熟悉了。
我们来看看最新推出的650 V半桥驱动,一个绝缘体上硅(SOI)栅极驱动器IC,具有高电流(2.5 A)和低电流(0.7 A)两个选项,强度和抗扰度都很优秀。
(2ED2101S06F,Infineon)
首先说说英飞凌的绝活,绝缘体上硅(SOI)技术。该技术本质上是一种高压的电平转换技术,集成了BSD,每个晶体管都被埋入的二氧化硅隔开。该技术表现在芯片强大的抗负瞬态电压能力以及低电平转换损耗上。
2ED2101S06F就是基于该技术的半桥栅极驱动器。该系列在高边和低边栅极驱动上有0.29 A拉电流和0.7 A灌电流。SOI给该器件带来的抗负瞬态电压能力足有100V,在行业内绝对的领先。同时,由于器件中不存在寄生晶闸管结构,因此在所有温度和电压条件下都不会发生闭锁。
该器件在延迟会上稍逊一些,为90ns,但这不影响出色负瞬态电压带来的极高耐用性和抗噪性,以及SOI技术带来降低50%电平转换损失这些极优异的性能。除此之外,集成BSD在节省空间,降低BOM成本上很有优势。

ST 半桥驱动芯片

ST电机驱动器涵盖也非常广,从单桥到半桥到多通道驱动器。在高压应用上,ST的半桥驱动优势会比起同行更明显,其中一个主要原因就是独家的BCD“offline” 技术。
(L6384E,ST)
上图中的L6384E是ST旗下高压半桥驱动器,即采用了BCD“offline” 技术。通过该技术,L6384E高侧浮动部分能够在高达600 V的电压轨下工作,两个设备输出可以分别接收650 mA和400 mA,但由于是单输入配置,只有一个输出会驱动高压。死区时间功能可进一步防止两股输出的交叉传导,还能通过连接到DT/SD引脚的外部电阻器进行调节。
在性能指标上,除了650 mA和400 mA的驱动能力,L6384E能提供全温度范围内±50 V/ns的dV/dt抗扰度。在1nF负载下,开关在rise阶段延迟仅为50ns,在fall阶段延迟也只有30ns。同时,UVLO 保护和 V CC电压钳技术也给予了该器件充足的可靠性。
L6384E保证了保证低压侧和高压侧部分之间的匹配延迟,从而简化设备的高频操作。逻辑输入与CMOS兼容,便于与控制设备接口
同样的,该器件内部也集成了BSD,效率提高还不够,还要让设计更紧凑。

TI 半桥驱动芯片

这里没有选取TI的高压系列,我们来看看TI的低压半桥栅极驱动器,TI低压系列性能足够稳定,系统也足够可靠。在低压应用上TI没有集成BSD,毕竟不是高压应用,但在效率提高上TI通过降低死区时间让效率更近了一步。
一般将半桥驱动按总线电压分为低压高压两类,低于120V的半桥驱动器相对有更快的传播延迟,可实现更快的切换并提高整体系统效率。
(UCC27282,TI)
UCC27282,120V半桥栅极驱动器,是TI在低于120V半桥驱动应用下最重要的产品之一。 UCC27282属N沟道MOSFET驱动器,通过此器件可在基于半桥或同步降压配置的拓扑中控制两个N沟道MOSFET。该系列有一项极为突出的能力,因为UCC27282具有3.5A的峰值灌电流和2.5A的峰值拉电流以及较低的上拉和下拉电阻,因此在MOSFET米勒平台转换期间,器件能以最小的开关损耗驱动大功率MOSFET。
为了保证器件稳定性和灵活性,UCC27282配置了很多功能。输入引脚和HS引脚能够承受较大的负电压,输入引脚为-5V,HS引脚为-14V,因此提高了系统稳定性。输入互锁进一步提高了高噪声应用中的稳健性和系统可靠性。在高频应用中5V UVLO容许极端的工况,还能提升效率。
在死区设置上,UCC27282较小的16ns传播延迟和1ns匹配延迟可最大限度降低死区时间要求,这是TI在提升效率上的技术关键。

小结

在半桥驱动上,这三家几乎在行业内有压倒性的优势,这几大厂商都有自己的独有技术来降低电平转换损耗和死区时间以此来提高效率,同时集成BSD来减少成本节省空间也渐成行业趋势,尤其是在高压应用领域,毕竟性价比是用户极为看重的。
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ALED1642GWXTTR STMicroelectronics ALED1642GW LED 显示驱动器

oelectronics ALED1642GW LED 显示驱动器是单片低压低电流 16 位移位寄存器,用于 LED 面板显示屏。ALED1642GW 可确保 20V 的输出驱动能力,用户可以以串联方式连接若干个 LED。在输出阶段,16 个稳压电流源提供从 3mA 到 40mA 的恒定电流以驱动 LED。电流通过外部电阻器进行设定,并可以由一个 7 位电流增益寄存器在两个子范围间进行调整。各通道亮度可通过 12/16 位灰阶控制分别进行调整。可编程的开关时间(有四个不同值可用)改善了系统低噪声发生性能。 特性 16个恒定电流输出通道 输出电流3mA至40mA 电流可编程通过外部电阻 两个范围内的7位全局电流增益调整 12/16位PWM灰度亮度控制 可编程输出开启/关闭时间 错误检测模式(打开和短路-LED) 可编程短路LED检测阈值 自动节电/自动唤醒 可选择的SDO同步在CLK下降边缘 拉杜尔输出延迟(可选) 3V到5.5V供电电压 热停机和超温报警 高达30MH...
发表于 10-28 09:26 178次 阅读
ALED1642GWXTTR STMicroelectronics ALED1642GW LED 显示驱动器

LED8102SXTTR STMicroelectronics LED8102S LED阵列驱动器

oelectronics ALED8102S LED阵列驱动器是一款单片、低电压、led驱动器,具有8个低侧通道。ALED8102S设计用于提供高达20V输出驱动能力,支持连接多个串联LED。八个稳压电流源提供5mA至100mA恒定电流来驱动LED。通过一个外部电阻器设置电流。 LED8102S具有热管理功能,可强制关断以保护器件(通常在+170°C时关断,15°C滞后重启)。热保护开关仅关闭输出通道。 工作电源电压范围为3.0V至5.5V。输出控制由四个开关输入提供,实现开/关切换操作。在所有有源输出LED上,可通过应用到输出使能引脚 (OE) 上的全局PWM信号调整亮度。输出可并联,或者不使用时不连接。 LED8102S LED驱动器采用14引脚高热效率薄型微缩小外形封装 (HTTSSOP)。 特性 8个恒定电流输出通道,由4个开关输入控制 输出电流:5mA至100mA 电流可通过外部电阻器编程 电源电压:3.0V至5.5V 20V电流发生器额定电压 热关断 工作结温范围:-40°C至+150°C ...
发表于 10-21 10:45 172次 阅读
LED8102SXTTR STMicroelectronics LED8102S LED阵列驱动器

STSPIN32F0251TR STMicroelectronics STSPIN32F025x250V三相控制器

oelectronics STSPIN32F025x 250V三相控制器是高度集成的解决方案,用于驱动三相应用。由于集成度高,因此有助于设计人员减少PCB占位和总体物料清单。STSPIN32F025x内置STM32F031x6x7 MCU(采用Arm® 32位Cortex®-M0 CPU)和250V三路半桥栅极驱动器。半桥栅极驱动器可驱动N通道功率MOSFET或IGBT。该器件集成了具有高级smartSD功能的比较器,可确保快速有效地防止过载和过流。下部和上部驱动部分还集成了高压自举二极管,以及防交叉传导、死区时间和UVLO保护。这些特性可防止电源开关在低效率或危险条件下运行。低侧和高侧部分之间的匹配延迟可确保无周期失真。集成的MCU可以执行FOC、6步无传感器以及其他高级驱动算法(包括速度控制回路)。 特性 三相栅极驱动器 高达250V高压轨 驱动器电流能力 200mA/350mA拉/灌电流 (STSPIN32F0251) 1.0A/0.85A拉/灌电流 (STSPIN32F0252) dV/dt瞬态抑制:±50V/ns ...
发表于 10-21 10:41 112次 阅读
STSPIN32F0251TR STMicroelectronics STSPIN32F025x250V三相控制器

STGAP2HSMTR STMicroelectronics STGAP2HS4A 单通道栅极驱动器

oelectronics STGAP2HS 4A单通道栅极驱动器在栅极驱动通道、低电压控制和接口电路之间提供电流隔离。STGAP2HS适合用于中等功率和大功率应用,例如工业应用中的电源转换和电机驱动器逆变器,具有4A能力和轨到轨输出。 STM STGAP2HS单通道栅极驱动器有两种不同配置,一种具有独立的输出引脚,另一种具有单输出引脚和米勒钳位功能。借助独立输出引脚的配置,可通过专用栅极电阻分别优化导通和关断。单输出引脚和米勒钳位功能配置可防止半桥拓扑中快速换向时的栅极尖峰。两种配置均为外部元件提供较高的灵活性,降低物料清单成本。 STGAP2HS集成UVLO和热关断保护功能,可简化高可靠性系统的设计。双输入引脚支持选择信号极性控制和实施HW互锁保护,可在控制器发生故障时避免交叉传导。 STGAP2HS 4A单通道栅极驱动器采用宽体SO-8W封装。 特性 高达1200V高压轨 驱动器电流能力:4A拉电流/灌电流(25°C时) dV/dt瞬变抗扰性:±100V/ns,全温度范围内 整体输入-输出传播延迟:75ns ...
发表于 10-21 10:30 121次 阅读

STEVAL-LLL004V1 STMicroelectronics STEVALLLL004V1 LED驱动器

oelectronics STEVAL-LLL004V1 LED驱动器是一款数控恒流LED驱动器。PFC级和两个直流-直流转换器设计用于在转换模式下工作以优化效率。该LED驱动器可提供75W的输出功率。 通过模拟和数字方法,该驱动器可以将LED调暗至最高亮度水平的0.5%。通过任何一种调光技术,该操作在整个调光范围内均无闪烁。该电路板具有高效率,功率因数几乎等于1,并且在宽输入电压和负载条件下具有低THD百分比。这得益于高性能ST电源产品,以及在32位STM32F0微控制器上运行的高级算法。 特性 宽输入电压范围:85VAC至265VAC 转换模式PFC 两个基于不同拓扑、在转换模式下工作的恒流输出: 降压拓扑 反向降压拓扑 输出电流:500mA ±2.5% 输出端连接的LED数量:16至24个白光LED(每个3.3V) 满负载时,PFC > 0.97,THD < 20%(85VAC至265VAC输入电压范围) 最大负载时峰值效率≅ 90% ...
发表于 10-21 10:06 121次 阅读

RH-OSC04 RH-OSC04抗辐射 晶体振荡器驱动器和分频器

发表于 05-20 17:05 146次 阅读

EVL6562A-LED EVL6562A-LED恒流逆降压LED驱动器使用L6562A

发表于 05-20 12:05 178次 阅读

NUD4001 LED驱动器 高电流

稳压器& LED驱动器旨在取代用于在5V,12V或24V低压AC / DC应用中驱动LED的分立解决方案。外部电阻允许电路设计人员为不同的LED阵列设置驱动电流。这种分立式集成技术通过将单个组件组合到一个封装中来消除单个组件,从而显着降低系统成本和电路板空间。该器件是一个小型表面贴装封装SO8。 特性 为不同的输入电压提供恒定的LED电流。 外部电阻允许设计人员设置电流 - 最高500 mA。 AEC-Q101合格且PPAP能力 适用于汽车和其他需要独特应用的NSV前缀场地和控制变更要求 应用 汽车:尾灯,定向灯,倒车灯和圆顶灯。 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 23:02 306次 阅读
NUD4001 LED驱动器 高电流

NCP302155 集成驱动器和MOSFET 55 A.

155将MOSFET驱动器,高端MOSFET和低端MOSFET集成在一个封装中。驱动器和MOSFET已针对高电流DC-DC降压功率转换应用进行了优化。与分立元件解决方案相比,NCP302155集成解决方案大大降低了封装寄生效应和电路板空间。 特性 平均电流高达55A 能够以高达2 MHz的频率切换 兼容3.3 V或5 V PWM输入 支持Intel®PowerState 4 使用3级PWM的零交叉检测选项 内部自举二极管 热警告输出和热关机 应用 终端产品 台式机和笔记本微处理器 服务器和工作站,V-Core和非V核DC-DC转换器 大电流DC-DC负载点转换器 小型电压调节器模块 电源和笔记本 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 22:02 549次 阅读

NCP303151 集成驱动器和带集成电流监视器的MOSFET

151将MOSFET驱动器,高端MOSFET和低端MOSFET集成到单个封装中。驱动器和MOSFET已针对高电流DC-DC降压功率转换应用进行了优化。与分立元件解决方案相比,NCP303151集成解决方案大大降低了封装寄生效应和电路板空间。 特性 能够达到50 A的平均电流 30 V / 30 V击穿电压MOSFET具有更高的长期可靠性 能够以高达1 MHz的频率切换 与3.3兼容V或5 V PWM输入 正确响应3级PWM输入 精确电流监测 具有3级PWM的过零检测选项 内部自举二极管 欠压锁定 支持英特尔®PowerState 4 应用 桌面和笔记本微处理器 图形卡 路由器和交换机 支持英特尔®PowerState 4 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 22:02 866次 阅读

NCP302040 集成驱动器和MOSFET 40 A.

040将MOSFET驱动器,高端MOSFET和低端MOSFET集成在一个封装中。驱动器和MOSFET已针对高电流DC-DC降压功率转换应用进行了优化。与分立元件解决方案相比,NCP302040集成解决方案大大减少了封装寄生效应和电路板空间。 特性 平均电流高达40A 能够以高达2 MHz的频率切换 兼容3.3 V或5 V PWM输入 正确响应3级PWM输入 支持英特尔®电源状态4 应用 终端产品 台式机和笔记本微处理器 电源和笔记本电脑 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 22:02 307次 阅读

NCP302150 集成驱动器和MOSFET 45 A.

150将MOSFET驱动器,高端MOSFET和低端MOSFET集成在一个封装中。驱动器和MOSFET已针对高电流DC-DC降压功率转换应用进行了优化。与分立元件解决方案相比,NCP302150集成解决方案大大降低了封装寄生效应和电路板空间。 特性 平均电流高达45A 能够以高达2 MHz的频率切换 兼容3.3 V或5 V PWM输入 正确响应3级PWM输入 支持英特尔®电源状态4 使用3级PWM进行零交叉检测的选项 热警告输出和热关机 应用 终端产品 台式机和笔记本微处理器 服务器和工作站,V-Core和非V-Core DC-DC Con转换器 小型电压调节器模块 高电流DC-DC负载点转换器 电源和笔记本 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 21:02 622次 阅读

NCP302055 集成驱动器和MOSFET 50 A.

055将MOSFET驱动器,高端MOSFET和低端MOSFET集成在一个封装中。驱动器和MOSFET已针对高电流DC-DC降压功率转换应用进行了优化。与分立元件解决方案相比,NCP302055集成解决方案大大减少了封装寄生效应和电路板空间。 特性 平均电流高达50A 能够以高达2 MHz的频率切换 兼容3.3 V或5 V PWM输入 支持Intel®PowerState 4 使用3级PWM的零交叉检测选项 内部自举二极管 热警告输出和热关机 热关机 应用 终端产品 台式机和笔记本微处理器 服务器和工作站,V -Core和非V-DC DC-DC转换器 大电流DC-DC负载点转换器 小型电压调节器模块 电源和笔记本 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 21:02 389次 阅读

NCP6992 AIRFUEL-MR无线电源发送器ASIC

2是一款无线电源ASIC,可提供符合AirFuel MR标准的非接触式6.78 MHz电力传输单元(PTU)所需的电源,测量和支持功能。 NCP6992与蓝牙信令协议(BLE)相结合,通过管理功率传输(包括效率和故障条件管理),有助于调整和优化发送器线圈的功率。 特性 输入电压范围4.5V至22V 提供小型7x7mm²可湿性侧翼电镀QFN-56封装,间距0.4mm 直接从墙上适配器或USB端口供电 可通过3.4 MHzI²C接口进行广泛编程 50 W功率升压控制器,具有可在9V至55.2V(200mV步进)下编程的转换器,具有OVP和自动控制输入选项 可配置的睡眠模式和使用直接输入控制的快速唤醒循环 In集成式降压转换器5V& 500mA 2通用GPIO可用于逻辑I / O,ADC输入或时钟输出 系统LDO可编程为1.2V至3.6V,100 mV步进,带动态电压调节(DVS) USB BC 1.2检测的前端 具有OCP的四相可选6.78MHz PA驱动器 用于天线切换的PWM控制继电器驱动器 用于PA电源电压,电流和温度测量的10位ADC 一个阻抗控制检测器 具有ADC读数的差分...
发表于 07-29 18:02 320次 阅读