非隔离驱动芯片IR21814S的精细电路设计研究
电路一点通
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2024-03-20
IR21814类似的驱动芯片直接驱动MOS管,该电路具有驱动简单,成本低,PCB占用面积小等优点,在我司产品中得到广泛的应用。但是,所采用的LLC谐振拓扑来说,驱动频率在195K~360K之间变化,驱动频率提高,根据Ploss=Qg*V*fs,频率提高以后,芯片本身的损耗也会相应增加。而实测亦发现常温下,IR21814的结温超降额。最终选择了IR21814外加推挽电路来分担驱动电流的驱动方式。
该电路工作工程可分为如下几个部分:(1)MOS管下管工作,上管驱动自举电容充电DCPWMB输入高电平,推挽输出DCDRVB高电平驱动Q121导通,DCPWMA为低电平,推挽输出DCDRVA低电平截止上管Q120。自举电容C308通过下管Q121进行充电至VCC_FAN。
图1 驱动电路上管充电路径(2)MOS管下管截止,自举电容充电完成下管截止后,自举电容电压浮空,其电压等于VCC_FAN,此浮空电压作为上管Q120驱动的供电电源。(3)MOS管下管截止,上管导通DCPWMA输入高电平,推挽输出DCDVRA高电平驱动Q120导通。
图2 驱动电路MOS导通路径(4)上管截止,下管导通
驱动芯片的选择几种驱动芯片性能对比如下
|
MIC4424B
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IXDN404SI
|
LM5110
|
NCP5181
|
IR2181(4)
|
IR2110
|
tr max(ns)
|
35
|
18
|
25
|
60
|
60
|
35
|
tf max(ns)
|
35
|
17
|
25
|
40
|
35
|
25
|
tondelay max(ns)
|
75
|
40
|
40
|
170
|
270
|
150
|
toffdelay max(ns)
|
75
|
39
|
40
|
170
|
330
|
125
|
Isource(A)
|
3
|
4
|
3
|
1.4
|
1.9
|
2.5
|
Isink(A)
|
-
|
-
|
5
|
2.2
|
2.3
|
2.5
|
通过以上几种芯片的开关损耗性能指标对比可以看出:
IR2110的开关速度快,Isink/Isource电流大,损耗较小。但是,IR2110(3)的封装相对大(WSOP16),价格也贵,就没有选择此芯片。而其他几种芯片没有泵升功能,不宜采用。
由于IR21814已经被广泛采用,成熟度高,而且性能较优。因此,建议PWM驱动芯片仍然采用的IR21814。5.4.2 推挽三极管选型由于供电电压VCC_FAN=14.5V,同时考虑到电压本身的纹波,所以所选择的三极管耐压必须大于20V;由于正向驱动电阻R=10ohms+2.55ohms=12.55ohms,正向驱动峰值电流I=14.5V/12.55ohms=1.16A。反向驱动电阻R=2.55ohms,反向驱动峰值电流I=14.5V/2.55ohms=5.7A,所以,根据以上驱动电流的计算,所以选三极管的峰值电流必须大于5.7A。
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