現代功率電子應用是基于功率半導體器件的開關技術，而所有功率開關器件均需要合適的柵極驅動解決方案。柵極驅動器作為連接功率器件與微控制器的重要器件，通過接收來自微控制器 (MCU/DSP) 的控制信號，提供功率開關器件柵極所需驅動電壓，實現功率器件開通與關斷，從而完成各類功率電子應用。

必易微新推出的柵極驅動器 KP85402，聚焦家用電器、工業新能源等應用場合，可為客戶提供高可靠性、低成本柵極驅動解決方案。

KP85402 產品亮點

KP85402 開關節點耐壓為 650V，輸出峰值拉電流和灌電流能力分別為 300mA 和 1000mA，專用于驅動功率 MOSFETs 或 IGBTs。KP85402 在開關節點 VS 瞬態 -60V(100ns) 情況下可保證系統正常工作，可支持 100V/ns 的 dv/dt 變化。

此外，KP85402 具有完善保護功能，包括：輸入浮空或輸入脈沖寬度不足時，輸出保持低電平；內置互鎖和死區保護功能，可防止高低側驅動同時打開；同時具有高側和低側 UVLO 保護，系統可靠性強。

圖 2. KP85402 典型應用電路

針對家用電器、工業新能源等應用場合，可靠性是客戶器件選型的首要考慮因素。對柵極驅動器而言，可靠性可從以下幾個方面來衡量。

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開關節點負壓能力

在半橋拓撲應用中，通常使用感性負載，同時因為功率器件自身寄生電感和功率回路寄生電感，在高側功率管關斷時，續流回路在開關節點會產生負壓。該負壓包含一個由寄生電感 L3、L4 導致的較大動態尖峰負壓和一個由線路寄生電阻以及下管體二極管 D2 導通導致的較低靜態負壓，如圖 3 所示。

圖 3. 開關電流路徑及 VS 電壓

當開關節點負壓越大時，柵極驅動芯片內部器件承受更高電壓應力，更容易擊穿失效。同時開關節點 VS 負壓越大，導致柵極驅動芯片高側供電節點 HB 瞬態電壓越低，當 HB 電壓低于參考地 COM 時，內部寄生二極管導通可能引起邏輯錯誤或者芯片燒毀，影響柵極驅動器的可靠工作。因此，更高的開關節點負壓承受能力可以提升惡劣工況下功率系統的可靠性。

KP85402 開關節點負壓能力測試波形如圖 4 所示，在 VDD 電源電壓為 15V，VS 瞬態負壓 -60V(100ns) 條件下，高側輸出邏輯無異常，芯片未損壞；在輸入 HIN 控制信號為 20kHz 開關頻率條件下，開關節點負壓拉到 -10V，輸入信號 HIN 仍能準確控制輸出信號 HO。

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圖 4. KP85402 開關節點負壓測試波形

根據實測數據，在同樣測試條件下，綜合對比測試市面上幾款同類產品，必易微 KP85402 負壓承受能力與國際一線品牌承受能力相當，處于國內先進水平。

表 1. 負壓能力對比

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開關節點

高 dv/dt 噪聲抑制能力

高壓半橋柵極驅動器高側驅動電路多采用自舉式電路結構，利用柵極驅動器內部的電平移位電路可將低壓邏輯控制信號傳遞至高側。由于高側控制驅動電路參考于開關節點 VS，在高速開關狀態下，芯片內部的寄生電流會通過耦合路徑傳遞至低壓側，當芯片內部存在失配時，會產生差模干擾信號，從而影響正確的輸入輸出邏輯。

KP85402 采用必易微特有的電平位移和共模噪音抑制技術，可有效抑制開關節點高速開關過程中產生的共模噪音干擾，防止誤觸發，從而保證系統正常可靠運行。根據實測數據，KP85402 開關節點 dv/dt 在 100V/ns 時，高側 HO 輸出未發生異常，并具有較大的可靠性裕量。

圖 5. 輸出開關節點 dv/dt 變化 (109V/nS)

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更低的傳播延遲與延遲匹配

在半橋開關電路中，傳播延遲與延遲匹配是柵極驅動器的關鍵參數，更低的傳播延遲意味著更快的響應能力，如短路保護或精確限流就要求控制回路響應時間足夠短。

此外，柵極驅動器的高側與低側之間的傳播延遲可能也會有所不同，由于芯片內部電路和器件之間的差異 (例如高側驅動器的傳播延遲比低側驅動器更長)，高低側輸出的高電平驅動信號可能會在某些開關周期 (甚至包含死區時間) 內重疊，如果發生這種情況，將會出現短路并導致功率開關器件或負載損壞。綜合對比測試市面上幾款同類產品，必易微 KP85402 具有更低的傳播延遲與延遲匹配。

圖 6. 傳播延遲對半橋開關的影響

表 2. 傳播延遲與延遲匹配對比

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較高的驅動電流能力

半橋開關電路存在串擾問題，例如低側開關器件保持關斷，高側開關器件打開時，開關節點 VS 電壓被迅速拉高至母線電壓 VBUS 的過程中，低側開關器件米勒電容兩端電壓快速變化，產生位移電流 Igd，并通過柵極關斷電阻以及 LO 內部等效下拉電阻產生電壓降，如果這個電壓降大于低側開關器件的開通閾值，低側器件就會開通，從而導致半橋電路直通甚至損壞。KP85402 驅動灌電流能力為 1000mA，具有更強的位移電流吸收能力。

另一方面，在實際應用系統中，工程師們總是在開關損耗和 EMI 表現之間權衡。在開關損耗允許的范圍內，柵極驅動器的輸出與開關器件柵極之間往往會串聯適當驅動電阻，以限制開關器件的開通速度，從而優化 EMI 表現。不同功率段，該優化的驅動電流不同。更大的驅動電流意味著能夠適配更寬范圍的功率應用。相比于市面上幾款同類產品，必易微 KP85402 產品，具有較高的峰值驅動電流能力。

圖 7. 半橋電路串擾問題

表 3. 峰值驅動電流對比

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其他可靠性表現

KP85402 還集成有高低側欠壓鎖定 (UVLO) 功能，確保半橋柵極驅動器驅動的外圍功率器件有足夠的柵極電壓，可以完全打開功率器件。KP85402 集成內部互鎖和死區保護功能，在輸出狀態改變時，可自動插入死區，確保柵極驅動器高低側一側打開前，另一側完全關斷，防止高低側共通的情況發生。

此外，KP85402 還集成有輸入脈沖濾波功能。實際應用系統在功率器件開關時會產生較大的 dv/dt 和 di/dt，該開關噪聲會耦合到與柵極驅動器相連的控制信號線，柵極驅動器的輸入端會產生電壓尖峰干擾，并使驅動器產生錯誤的驅動信號，導致開關器件誤開通與誤關斷，使得系統無法正常工作。KP85402 內部集成的輸入脈沖濾波器能夠濾除這些尖峰噪聲信號，保證系統可靠運行。

圖 8. KP85402 綜合性能參數表現

總結、樣品及資料獲取

綜合對比測試市面上幾款同類產品，必易微 KP85402 具有高可靠性、高性價比以及優異的性能指標。可滿足大多數風筒、吊扇、煙機、逆變電源、不間斷電源等應用需求。

審核編輯：黃飛

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