【導(dǎo)讀】目前的工業(yè)系統(tǒng)朝著電氣化方向發(fā)展，且隨著電壓等級不斷攀升、峰值電流增至幾百安培，所以啟用這些系統(tǒng)的時間也必需盡可能快，同時車載系統(tǒng)的性能也要不斷提高。而日益提升的可靠性促使制造商也減少了機械系統(tǒng)和增加固態(tài)系統(tǒng)，包括針對電源、負(fù)載和固態(tài)功率器件的保護電路……那么到底該怎么來解決汽車和工業(yè)應(yīng)用中的電設(shè)計問題呢？
救主來啦——高壓側(cè)驅(qū)動器解決方案
ADI 電源產(chǎn)品組的設(shè)計工程師 Mark Mullen 就上述問題為大家分享了一個基于 LCT7000 受保護的高壓側(cè)驅(qū)動器解決方案。
LTC7000是一款快速、高壓側(cè) N 溝道 MOSFET 柵極驅(qū)動器，主要接收一個參考于地的低電壓數(shù)字輸入信號，并以 35ns 的傳播延遲完全接通或關(guān)斷一個其漏極可高出地電位達(dá) 135V 的高壓側(cè) N 溝道 MOSFET。13ns的快速上升和下降時間 (當(dāng)驅(qū)動一個 1000pF 負(fù)載) 最大限度降低了開關(guān)損耗。其內(nèi)部充電泵全面強化一個外部 N 溝道 MOSFET 開關(guān)，因而使之能無限期地保持導(dǎo)通。
它還有著強大1Ω 柵極驅(qū)動器，能夠以非常短的轉(zhuǎn)換時間驅(qū)動大柵極電容 MOSFET，這種過流跳變功能非常適合高頻開關(guān)和靜態(tài)開關(guān)應(yīng)用。加上故障標(biāo)記、欠壓閉鎖和過壓閉鎖等保護功能，可以發(fā)現(xiàn)它在工業(yè)和汽車市場中是非常有用的，例如靜態(tài)開關(guān)驅(qū)動器、負(fù)載和電源開關(guān)驅(qū)動器及繼電器替代產(chǎn)品。接下來我們就說說LTC7000的特點~
特點一、低延遲、速度快
LTC7000 在 INP 引腳上接收一個參考于地的低電壓數(shù)字信號、把該信號電平移位至高達(dá) VIN 電壓。并控制片內(nèi)低阻抗上拉和下拉器件，能快速接通或判斷一個其漏極可高出地電位達(dá) 135V 的高壓側(cè) N 溝道 MOSFET。從低電壓 INP 信號至得到全面強化或被完全關(guān)斷的 N 溝道 MOSFET 之傳播延遲約為 35ns，這也促成了許多應(yīng)用。
特點二、功率低損耗，穩(wěn)定性強
位于 BOOST 和 TS 引腳之間的浮動電源在內(nèi)部調(diào)節(jié)至 12V，從而降低了由外部 MOSFET 之導(dǎo)通電阻引起的功率損耗。而強大的輸出器件把外部 MOSFET 保持在由低電壓 INP 信號控制的狀態(tài)中，即使在高電壓和高頻瞬變從功率 MOSFET 反饋耦合至驅(qū)動電路的情況下也不例外。
倘若應(yīng)用電流跳變要求為 10A，則在檢測電阻器中僅耗散 300mW (最大值)。如需增加靈活性，則可通過改變 ISET 引腳上的電壓，從而有選擇性地在 20mV 和 75mV 之間調(diào)節(jié)電流檢測門限電壓。
特點三、可調(diào)電流限制
ISET 引腳上的電壓被除以 20 以設(shè)定為電流檢測門限。ISET 引腳會流出一個 10µA 電流，因此只需在 ISET 引腳和地之間布設(shè)一個電阻器，這樣就可以調(diào)節(jié)電流檢測門限。如果 ISET 引腳浮置，則電流檢測門限默認(rèn)為 30mV。而如果 ISET 引腳接地，那么電流檢測門限為 20mV。
因為LTC7000 還具有一個 TIMER 引腳，因此過流情況不會立刻關(guān)斷外部 MOSFET。在 TIMER 引腳和地之間連接一個電容器，它用于設(shè)定在外部 MOSFET 在過流故障情況下被關(guān)斷之前的延遲周期，該關(guān)斷延遲周期可設(shè)定在最短 1.4µs (如果 TIMER 引腳開路) 到幾十或幾百 ms (如果電容器為µF 級) 的范圍內(nèi)，布設(shè)在 TIMER 引腳上的同一個電容器還負(fù)責(zé)設(shè)定一個冷卻周期。
在經(jīng)過該冷卻周期之后，內(nèi)部電路將自動嘗試重新接通外部 MOSFET，該重試占空比約為 0.06%。所以應(yīng)該選擇合適的過流跳變點和 TIMER 電容器，以通過把 MOSFET 保持在 MOSFET 產(chǎn)品手冊中規(guī)定的安全工作區(qū)內(nèi)以保護外部 MOSFET。
而如果一旦檢測到過流故障情況，那就把一個漏極開路 FAULT 引腳拉至低電平。此 FAULT 引腳保持低電平，直到故障情況被清除為止，外部 MOSFET 將重新接通。
把 LTC7000 配置為執(zhí)行鎖斷而不是自動重試操作，可以通過增設(shè)一個與 TIMER 電容器并聯(lián)的 100kΩ 電阻器來實現(xiàn)。針對過流故障的關(guān)斷延遲仍將由 TIMER 電容器設(shè)定，但是 LTC7000 在過流故障之后不會自動嘗試重新接通外部 MOSFET，外部 MOSFET 將也不會嘗試重新接通，直到低電壓 INP 信號循環(huán)至低電平并隨后返回高電平為止。
在該配置中，一旦檢測到過流故障，漏極開路 FAULT 引腳將被拉至低電平，并將保持低電平，直到 INP 信號循環(huán)至低電平并隨后返回高電平為止。
特點四、電流監(jiān)視器輸出
可通過測量IMON 引腳上的電壓來監(jiān)視流過高壓側(cè)檢測電阻器的平均電流。當(dāng)外部 MOSFET 導(dǎo)通時，出現(xiàn)在 IMON 引腳上的電壓是檢測電壓，(VSNS+ – VSNS–) x 20。假設(shè)檢測電阻器為 2mΩ，則 400mV 的 IMON 電壓表示有 10A 電流流過檢測電阻器。IMON 電壓的平均時間大致為 1MΩ 乘以 IMON 引腳上的任何電容。例如，如果 IMON 引腳上的電容為 1nF，則 IMON 輸出電壓的平均時間大約為 1ms。
特點五、可調(diào)輸入欠壓和過壓閉鎖
LTC7000 能夠避免負(fù)載遭受 VIN 引腳上的過壓和欠壓情況的損壞。“一個連接在 VIN 和地之間、且抽頭連接至 RUN 和 OVLO 引腳的簡單電阻分壓器將設(shè)定一個針對負(fù)載的有效操作窗口。當(dāng) VIN 位于由 RUN 和 OVLO 引腳所設(shè)定的操作窗口之外時，則關(guān)斷外部 MOSFET，并保護負(fù)載免遭潛在損壞或發(fā)生故障。” Mark Mullen這樣談到。
采用VCCUV引腳還可為VCC電源提供欠壓閉鎖保護。通過改變 VCCUV 引腳電壓可在 3.5V 和10.5V 之間調(diào)節(jié)VCC欠壓閉鎖門限。從 VCCUV 引腳流出一個 10µA 電流，因此只需在VCCUV 引腳和地之間布設(shè)一個電阻器便可調(diào)節(jié) VCC 欠壓閉鎖門限。如果VCCUV引腳浮置，則VCC欠壓閉鎖門限默認(rèn)為 7V。假如 VCCUV 引腳接地，則VCC欠壓閉鎖電壓設(shè)定為 3.5V。當(dāng) VCC 引腳上的電壓低于 VCCUV引腳設(shè)定的欠壓閉鎖門限時，外部MOSFET被關(guān)斷。
由此可見，作為一款靈活和堅固的器件，可使汽車和工業(yè)制造商提高其系統(tǒng)的性能和可靠性。LTC7000 所具備的高達(dá) 135V 的電壓范圍、內(nèi)置的保護功能、強大的驅(qū)動器、快速接通和關(guān)斷時間能力，使得制造商能夠開發(fā)出為客戶增添附加值和可靠性的系統(tǒng)。因而它主要運用于靜態(tài)開關(guān)驅(qū)動器、負(fù)載和電源開關(guān)驅(qū)動器、電子閥驅(qū)動器以及高頻高壓柵極驅(qū)動器。
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