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低边MOSFET驱动器MIC5020及其应用
Low-Side MOSFET Driver MIC5020 and Its Application
■西安三才科技公司 戴江瑞

MIC5020的特点

MIC5020低边MOSFET驱动器是专为频率大于100KHz(2%-100%占空比的5KHz PWM )而设计的,可理想用于高速应用方面,如:电动机控制、SMPS(switch mode power supplies)及IGBT的应用等。该MOSFET驱动器具有可调重启的显著特点:它在电路出现过流时对处于关断状态的电路进行复位,该功能由芯片外部的一个电容来实现,通过调节这个电容可控制重启时间周期及关闭时间。另外,通过对外部电容或上拉电阻的调节可改变芯片输出的占空比(1% 75%)。 MIC5020的故障指示输出端可在电路出现过流时指示电路的输出状态以便进行及时处理。而且,该芯片仍可工作在无自动重启的电路中。
MIC5020的最大供应电源为50V,因而能控制开关电压大于50V的MOSFET 管。该芯片内含50mV断点电压的过流比较器,可应用于对带感应电流的MOSFET管的驱动。因而可广泛应用于灯控制、加热控制、电动机控制、螺线管开关、开关式电源控制及中断电路等方面。

MIC5020工作原理

MIC5020的内部功能框图如图1所示。图中的ONE-SHOT电路确保了芯片GATE能够输出具有极快的升、降时间的信号,而且所有的输入都必须经过该电路的触发。它可在短时间内激活一个大值吸电流(图中的10I2),而后通过一个电流镜像电路生成很大的电流,从而达到对外部MOSFET的门极进行快速充、放电的目的。
为了防止VDD 在误接到较高的电压上时对外部MOSFET管造成损坏,芯片在内部集成有一个15V的齐纳二极管,它可将门极输出电压限制在一定范围内。
当电路出现故障时(Sense+与 Sense-间的电压大于50mV),过流比较器将吸收2I2的电流,而该电流又将使电流源I2 在短时间内对CINT放电,一旦CINT被放电(通过电流源I2),芯片将禁止输入并关闭GATE输出,同时使能/Fault输出,并准备对CINT 和CT充电。连到CT 的外部可选电容通过内部的Q1管放电。
当GATE输出关闭时,过流信号便从Sense端输入,并对CINT和外部可选电容再充电。此时,史密特电路被触发以对再启动时间进行延时,其延时时间仍由外部可选电容决定,这种重启循环将一直持续到故障排除或输入转为TTL低电平为止。
/Fault输出使能的延时时间为5 s,在此期间,/Fault输出为开路。

典型应用

MIC5020的典型应用电路如图2所示。

电源电压

MIC5020的电源电压可升至50V,比其它低端驱动器都高,而且范围也大(11V-50V)。从而保证N沟道NOSFET管能够正常工作的最低电压为11V。MOSFET管的逻辑电平用的是低压,因此要获得5V的增强门电压则需约6V的逻辑电平。

低端开关电路

一个适当速度的低端驱动器通常比一个类似的高端驱动器速度要快得多。MIC5020通过高性能的PWM调制方式提供较短的门驱动开关时间和传播时延。

占空比的调节

MIC5020的可调重启的优势使其往往应用于带高初始电流的负载,如:灯、电动机、供热元件等,而这都是经过对芯片的CT引脚外部的可选电容或上拉电阻的调节来实现的,对CT的外部连接有3种情况:
(1)开路或通过电容接地:该连接主要用于自动重启,即对占空比的确定,默认时的占空比(CT开路)约为20%,通过调节CT端的外部电容可使其占空比在1%-20%之间变化。
(2)与VDD之间接一上拉电阻:该连接可使输出信号的占空比在20%-75%间调整,但对于负载及MOSFET来说,提高占空比也就意味着增加了功耗,因此依据电路本身的情况,建议将占空比控制在75%以下,因为在占空比达到75%或更高时,电路可靠性会明显下降并出现故障。
(3)接地:该连接方式将使门驱动MOSFET管关闭,并停止过流检测,而处于关断状态。
值得注意的是:当CT上的电压超过绝对最大额定值时,芯片将可能损坏。当电流过大时,芯片处于关闭电路的中断状态,并由/Fault端输出指示信号,表明有故障。此时可用CT脚来复位,具体远程控制电路如图3所示。图中,将开关管Q1开启, CT置低,则MIC5020进入关断状态;将Q1关闭,使CT开路,芯片将进行重启,直到过流条件有所改变。
MIC5020在无感应电流情况下也可使用,此时需将Sense+和Sense-接地。

电流检测电阻

对于低值电阻(<1欧姆)的检测电流电阻来说,其引脚长度将直接影响到测量精度,必要时可使用四端感应电流电阻(桥式电阻)。

其它应用

MIC5020 MOSFET驱动器专为低端开关应用而设计的,包括电动机控制、SMPS及IGBT等方面的应用,以下为该芯片驱动白炽灯和螺线管等负载时的应用实例。
白炽灯在启动时要有一个较高的涌入电流(低阻抗),而MIC5020则可通过驱动MOSFET来完成对白炽灯的软启动,其电流检测电阻Rsense应取在灯丝发热时灯丝上的电压降到感应阈值(50mV)以下时的阻值。如果灯丝没完全加热,灯就不会完全发光,可通过调节芯片输出的占空比和感应电阻来使之与灯丝阻抗相匹配以解决这种问题。具体电路如图4所示。
图5为无感应电流的螺线管驱动电路,图中,在负载端的二极管用于保护MOSFET管免受尖峰电压的影响,它正向峰值电流应比负载电流要大。


 
         
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