电流源型驱动芯片——电机驱动的神助攻

损耗太大，开关dvdt过快，EMC过不了……这些都是设计电机驱动时常遇见的问题，而且它们还此消彼长。工程师们一般是根据实际应用情况做着取舍。如果有办法在轻载时以忽略不计的开通损耗增加来减小开关速度，而在重载时通过不减小开关速度来减小开通损耗，那就可以达到更理想的驱动效果。

电流源型驱动概念

英飞凌电流源型驱动芯片，一种非常适合电机驱动方案的产品，将同时实现高效率和低EMI成为可能。它是基于英飞凌无核变压器技术平台的隔离性驱动芯片，能精准地实时控制开通时的dv/dt。下面我们来仔细地看看它到底有什么与众不同之处。

对于门极压控器件IGBT而言，集成驱动芯片使用非常多见。传统的电压源型的驱动芯片是通过调节门极电阻，以电压不变的方式对功率器件门极电荷进行充电。而电流源型的驱动芯片则是通过内部的恒流源（电流值可调）对门极充电，使得在不同负载条件下开通过程dv/dt和di/dt变得更平稳。

图1是电压源型驱动的一个典型开通过程，可以分成三个部分来看：

驱动对Cge充电，此时Vce为母线电压

米勒平台时Vge恒定，驱动对Cgc进行充电，Vce下降

米勒区结束，驱动同时对Cgc和Cge充电，Vce进一步减小进入饱和区

在第二阶段，门极的米勒平台电压的大小和负载电流是相关的，这是由器件的转移特性决定的。电流越大米勒电压也高，充电电流就小，dVce/dt自然慢了，和大电流本身一起导致了开通损耗增加。反过来，小电流时米勒电压低，充电电流大，dVce/dt快，容易产生EMI问题。从电机驱动系统的角度来看，选择合适的电阻来限制过快的dv/dt是最简单有效的方法，即使会增加重载时的损耗。

而电流源型驱动能做的正是在第二阶段，基于门极电流恒流不受负载电流控制，来实现相对稳定的dVce/dt。而且因为此恒流值可在开关中调整，这让进一步优化开通损耗成为可能。电流源型驱动芯片的驱动门极电压电流如图2所示，绿色是门极电压，蓝色是门极电流。135ns是固定的预充电阶段，充值电流要根据后级不同的功率器件进行计算设置，准则是尽可能减小开通延时，但此阶段IGBT不能开始开通。在不到25ns的系统延时后，门极进入恒流输出模式，直到完成米勒阶段，恒流的大小一般根据需要的dv/dt进行设置，有11个百分比挡位选择。如图3和表1所示。

对比结果

最后来一起看一下测试结果，我们以FF1200R12IE5模块作为测试对象，选配英飞凌的电流型驱动芯片1EDS20I12SV，同样的IGBT模块也用了普通电压源型的驱动作为对比，图4是两者PCB的外观。图5是电流源型驱动芯片在不同输出电流下，使用各级控制所展现出的dv/dt。可以看出即使用同一个等级不作切换，dv/dt的表现依然比较平稳。而不像用单一的门极电阻驱动时，dv/dt变化很大，如图6所示。

而且电流源型的驱动在负载电流变大的情况下，开通损耗的上升速度也较慢，如图7、8是两种驱动器开通损耗随电流的变化趋势。可以看出，在小电流时两者的损耗差不多，都很小。而当电流变大后，电压源型的驱动开通损耗的增加速度远超电流源型驱动。比如在1200A时，用第5级门极电流和用2.2ohm的门极电阻，前者开通损耗至于后者的大约41%。

结论

电流源型驱动抗外界dv/dt能力更高，在系统杂散参数大的情况下更不容易受干扰。由于是恒流控制，在各种负载电流下，dv/dt表现得更平稳。而且在兼顾EMC的同时开通损耗得到了非常好的优化。这款芯片的恒流控制在不同温度下都很稳定，这样又避免了传统IGBT在高温时损耗增加得过快而影响效率。

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苏州国芯申请高精度电流源和电子设备专利，减小温度变化造成输出电流漂移的问题

金融界2024年9月26日消息，国家知识产权局信息显示，苏州国芯科技股份有限公司申请一项名为“一种高精度电流源和电子设备”的专利，公开号CN 118689154 A，申请日期为2024年8月。

专利摘要显示，本申请公开了一种高精度电流源和电子设备，应用于高精度电路设计领域。其中，第一运算放大器的反相输入端与偏置电压端相连，第一运算放大器的同相输入端与零温度系数电阻电路的第一端相连，第一运算放大器的输出端与第一晶体管的第一端相连；第一晶体管的第二端与芯片电源相连，第一晶体管的第三端与零温度系数电阻电路的第二端相连；零温度系数电阻电路的第三端与信号控制端相连，零温度系数电阻电路的第四端与电流产生电路的第一端相连，电流产生电路的第二端与对应的外接电路相连。本申请通过对偏置电压进行微调，减小了芯片制造工艺以及工作电压对于电流源精度的影响，并且减小了温度变化造成输出电流漂移的问题，避免了外接高精度电阻。

本文源自金融界

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