非隔离驱动芯片IR21814S的电路设计详解

2024-04-05

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。

非隔离驱动芯片IR21814S的电路设计详解 (https://ic.work/) 电源管理 第1张

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。

非隔离驱动芯片IR21814S的电路设计详解 (https://ic.work/) 电源管理 第2张

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 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。

 

文章推荐

相关推荐