解读必易微KP85431高压半桥驱动芯片产品亮点

新品推出背景

在 LLC 变换器、工业变频器、伺服、光伏储能高压电源设计当中，SW 引脚负压尖峰与高 dv/dt 干扰，一直是工程师面临的棘手难题。开关频率越高、功率等级越大，续流回路寄生电感引发的 SW 负压就越剧烈，极易造成驱动信号误翻转，引发上下管直通炸管，严重损害整机系统稳定性。

传统的非隔离高压半桥驱动芯片普遍采用电平位移电路(level-shifter) 架构，由于内部寄生电容的限制，通常只能耐受 50kV/μs 的共模瞬变。KP85431 创新地将隔离技术应用于高压半桥驱动 IC 的高边驱动，将 dv/dt 耐受能力提高到 150kV/μs，并且芯片浮地端可以承受高达 ±1200V 的直流电压。此外，KP85431 具有 +4/-4A 驱动电流能力，可在 10 ~ 30V 供电电压范围内工作，高边和低边输出均有独立的供电欠压保护功能，可适用于各种高压半桥、全桥电源拓扑。

图 1 | KP85431 功能框图

KP85431 产品介绍

核心参数与配置

高压侧电压范围: 1200V (SOP-14 封装)；700V (SOP-8 封装)

SW 引脚耐压: ±1200V (SOP-14 封装)；±700V (SOP-8 封装)

高压侧 dv/dt 抗干扰能力: 150kV/μs

驱动电流能力: +4/-4A

VDD 最大耐压值: 35V

高压侧和低压侧均有独立的供电欠压保护功能

输入逻辑可兼容 TTL/CMOS

典型传播延时: 50ns

工作环境温度: -40℃ ~ 125℃

产品亮点

KP85431

亮点一

超强 SW 负压耐受，杜绝续流炸管

半桥电路通常带感性负载。高侧功率管关断瞬间，负载电流经续流路径换流，由于功率器件自身及功率回路的寄生电感阻碍电流突变，会在开关节点处感应出负压。该负压包含一个由寄生电感 L3、L4 导致的较大动态尖峰负压和一个由线路寄生电阻以及下管体二极管 D2 导通导致的较低静态负压，如图 2 所示。

图 2 | 开关电流路径及 VS 电压

开关节点负压越大，栅极驱动芯片内部器件承受电压应力越高，越容易击穿失效。同时开关节点负压越大，栅极驱动芯片高侧供电节点 (BST 引脚) 瞬态电压越低，当 BST 电压低于参考地 GND 时，内部寄生二极管导通可能引起逻辑错误或者芯片烧毁，影响栅极驱动器的可靠工作。因此，更高的开关节点负压承受能力可以提升恶劣工况下功率系统的可靠性。

KP85431 创新采用隔离电容方案替代传统非隔离半桥的浮动盆结构，彻底消除外部负压输入引发的器件失效风险。下图为 KP85431 与传统半桥驱动器的开关节点负压能力对比测试波形：

图 3 | KP85431

开关节点负压测试

图 4 | 传统半桥驱动器

开关节点负压测试

实测可见，在 VDD 电源电压为 15V、HI 引脚输入控制信号为 20kHz 开关频率条件下，KP85431 开关节点负压可达-1200V，HI 引脚输入仍可精准控制 HO 引脚输出；而传统半桥驱动器在开关节点负压至-18.3V时，HO 引脚输出就会发生逻辑异常。

亮点二

超高 dv/dt 抗扰，适配高速开关场景

高压半桥栅极驱动器高侧驱动电路多采用自举式电路结构，利用栅极驱动器内部的电平移位电路可将低压逻辑控制信号传递至高侧。由于高侧控制驱动电路以开关节点 VS 为参考，在高速开关状态下，芯片内部的寄生电流会通过耦合路径传递至低压侧，当芯片内部存在失配时，会产生差模干扰信号，从而影响正确的输入输出逻辑。KP85431 创新地将隔离技术应用于高压半桥驱动 IC 的高边驱动，将 dv/dt 耐受能力提高到 150kV/μs 以上，可有效抑制开关节点高速开关过程中产生的共模噪音干扰，防止误触发，从而保证系统正常可靠运行。

图 5 | 输出开关节点 dv/dt 变化 (HI 引脚输入高电平)

图 6 | 输出开关节点 dv/dt 变化 (HI引脚输入低电平)

根据实测数据，KP85431 开关节点 dv/dt 在 300kV/μs 时，高侧 HO 引脚输出未发生异常，具有较大的可靠性裕量。

亮点三

大电流强力驱动，有效降低损耗

开关器件在开通与关断过程中，会因电压与电流交叠产生开关损耗。当驱动芯片输出翻转后，需对功率器件输入电容 (Ciss) 充电，在栅源电压 (Vgs) 达到阈值电压 (Vth) 后，功率器件漏源电流 (Ids) 开始上升。由于此时器件的漏源电压 (Vds) 仍维持在较高水平，因此该阶段会产生大量能量损耗。为降低开关损耗，应尽量缩短这一阶段的时间，这就要求驱动芯片能提供强劲驱动电流。针对高压 LDMOS、IGBT、SiC 器件以及功率系统高频化的发展趋势，传统驱动芯片的驱动能力已难以满足要求。

图 7 | 半桥电路开关损耗问题

图 8 | 拉电流和灌电流能力测试

KP85431 实测峰值拉/灌电流可达 5.08A/5.1A，可直接驱动各类大功率 MOS、IGBT 功率器件，有效降低开关损耗，完美适配高频、大功率的严苛工况。

亮点四

10 ~ 30V 宽供电裕量，高低侧独立 UVLO 防护

芯片驱动供电推荐工作电压 10  ~ 30 V，器件极限耐压 35 V，为系统浪涌、上电尖峰预留充足电压裕量；高低压两侧配备独立欠压锁定保护，在上电、掉电、电压波动等异常场景下，可快速锁定驱动输出，避免功率器件工作在线性区过热烧毁，为整机运行筑牢安全防线。

KP85431 应用领域

充电桩

高密度工业、通信、服务器电源

太阳能逆变器

工业电机驱动

资料获取

KP85431 芯片的突破，精准解决了高压半桥设计中最为头疼的 SW 负压尖峰与高 dv/dt 干扰难题，以隔离架构创新、强抗扰、大电流驱动与全方位保护能力，补齐了传统高压驱动芯片的性能短板，为高频、大功率高压电源系统提供了可靠解决方案，大幅降低工程师的研发调试难度与整机失效风险。

关于必易微

深圳市必易微电子股份有限公司（股票代码：688045）是一家高性能模拟及数模混合集成电路供应商，以电源管理、电机驱动、电池管理为核心，融合感知与控制技术，为能源与电力、家居家电、工业自动化、智能物联等领域客户提供一站式芯片解决方案与系统集成服务。