一、引言
该应用手册的目的是，指导如何在电机应用中正确地设计半桥电路，并围绕NCE8295AK的周边电路选型进行分析，最后提出一款典型应用以供参考。
在后文中，将会依次讨论以下内容：
1. 自举电路设计；
2. 栅极电阻的选择；
3. 电路上寄生参数的影响和解决方案；
4. PCB设计指导；
所有讨论内容会以新洁能产品为例，除非另做特殊说明。
二、自举电路设计
一般半桥电路中的结构如图1所示，包含有自举电阻，自举二极管和自举电容这三部分。这种方案是当前电机驱动中最常用的且成本最低廉的方案。
图1 自举电路基本结构
1.自举电路电容选择
为了确定自举电容的大小，我们首先需要评估以下几点：
-MOSFET开启所需要的栅极电荷Qg;
-MOSFET的GS漏电ILK_GS;
-驱动的静态工作电流IQBS;
-自举二极管的漏电ILK_DIODE;
-自举电容漏电ILK_CAP;
-上桥置高时间THON.
当自举电容使用电解电容时ILK_CAP才会纳入计算值，其他类型的电容均不需要考虑。这里推荐至少使用一颗低ESR的陶瓷电容，并联电解电容和低ESR陶瓷电容可以实现更好的电路工作特性。
通过计算，我们能得出一次开启所需损耗的电容值：
在自举过程中，VBS可以下降的范围△VBS：
在此过程中，需要保证：
VF MOSFET的反向二极管压降
VGEmin 保持MOSFET管导通的最小栅极电压
VDSon 下桥MOSFET的导通压降
用以上结果，可以计算得出：
以NCE8295AK作MOSFET，NSG2020作驱动芯片为例：
Qg=109.3nC;
ILK_GS=100nA;
IQBS=40uA;
ILK_DIODE=100uA
（反向恢复时间＜100nS）;
ILK_CAP=0;
THON=100uS;
Vcc=12V;
Vf=1.2V;
Vdson=0.1V;
Vgsmin=10V。
按照留有10%以上的余量规则，建议电容值为220nf左右。
注意：此处计算自举电容的过程中，仅仅计算了一次脉冲过程所需的电荷量，没有考虑PWM的占空比与频率等问题。如果是使用PWM波控制的信号，请以上述计算方式为基础，经过一定的等效换算得到其实际所需要的自举电容大小。
2. 自举电路的注意事项
A. 自举电阻
自举电阻会在部分自举电路中使用，并不是必须元器件。在启动时HO与LO可能会发生异常跳变，此时增加自举电阻，自举电阻会在自举电路启动时，会限制从自举二极管经过的电流，能够非常有效地抑制这些不良信号，起到保护电路的功能。
B. 自举电容
在上桥臂长时间开启的电路设计中，使用电解电容作为自举电容的设计必须考虑ESR。上桥臂长时间开启需要一个容值较大的自举电容，一般选用电解电容较多。但是电解电容有一定的内阻，会使自举电阻分压降低，无法实现其功能。此时并联一个低ESR的陶瓷电容，能够有效避免这种情况发生。
C. 自举二极管
自举二极管用于维持自举电路的电压稳定，需要保证二极管的反向耐压能力大于驱动电源电压，并在此基础上尽可能地选择快恢复二极管，如肖特基二极管等。
三、 选择栅极电阻
栅极电阻用于控制所驱动MOS的开关速度快慢和上升下降沿的斜率，这可能会影响到应用上的多项性能，如损耗，可靠性等。该段落会叙述如何选择驱动电阻，并对驱动电阻带来的影响进行讨论。栅极电阻的选择与所使用的驱动芯片，MOSFET甚至电路设计息息相关，不同环境中均需要根据实际情况重新选择。
常用的 MOSFET 驱动电路如下图所示：
其中，Rg 为驱动电阻；LK 是驱动回路的感抗，一般在几十 nH；Rpd 的作用是给MOSFET栅极积累的电荷提供泄放贿赂，一般取值在10K~几十K；Cgd、Cgs、Cds 是 MOSFET 的三个寄生电容。
驱动电阻下限值的计算原则为：驱动电阻必须在驱动回路中提供足够的阻尼，来阻尼MOSFET开通瞬间驱动电流的震荡。
实际设计时，一般先计算出Rg下限值的大致范围，然后再通过实验，以驱动电流不发生震荡作为临界条件，得出Rg的下限值。
MOSFET电阻驱动电阻上限值的设计原则为：防止MOSFET关断时产生很大的dV/dt，使MOSFET管再次误开通。
Vth 为MOSFET门槛电压，Cgd和 dV/dt 在手册中可查。
通常MOSFET 电阻驱动的取值范围在5~100欧姆之间，在这个范围内如何进一步优化阻值的选取，这是由以下两点所决定的：
（1）MOSFET的开关损耗。MOSFET的损耗一部分为开关损耗，另一部分为导通损耗，栅极电阻则主要影响了开关过程的损耗，阻值越大，开关过程越慢，电压电流的交叠区域越大，损耗也就越大。损耗过大最直接的影响就是会使芯片温度迅速上升，在高于150℃的条件下则会使器件面临失效的风险。
图2 阻性负载条件下的MOS开关损耗
（2）可靠性。与损耗相反，栅极电阻的阻值越小，MOSFET的开关速度就会越快。在实际应用中，功率端电流较大，对寄生参数较为敏感，过高的开关速度会增加信号的不稳定性，轻则使电机的EMI过大，重则使电路发生损坏。其中最常见的有：
1）栅极信号振铃，导致MOS损坏（如图3所示）；
2）dv/dt过快，VS端口承受过高或者过低的电压信号，导致驱动损坏（在第四小节会详细叙述）。
图3 栅极振铃现象
四、寄生参数的影响
前文讲解了如何选择电机驱动的周边电路参数，这一章则会讲述如何合理地设计PCB，使最终得到的PCB工作在一个较为理想的环境中。
1. 旁路电容
无刷电机常见于24-60V的应用环境中，所以驱动电源往往是通过BUCK电路降压得到的10-15V，并不能设计在驱动电路周边附近，设置旁路电容除了起到滤波作用外，也有供电作用。因此，旁路电容一般需要自举电容的10倍容值以上才能够保持VCC电压不发生突变。
除此之外在PCB设计上，则建议旁路电容要紧邻VCC与COM端，可用贴片电容与电解电容并联达到最小的ESR值，并且在BUCK电路的输出端需要另外设置电容，这样才能保证电源供电处于最稳定的状态。
图4 旁路电容选择
2. VS与COM的周边寄生
与逻辑功能块不同，功率MOSFET部分的电路总是伴随着高额的电流，在这种条件下，线路上的寄生电感就会表现出其干扰特性，使波形发生不良震荡（如图5所示）。此时，VS和COM端口的信号就会受到干扰，对驱动芯片的工作状态造成严重影响。尤其对于承受高压的VS端口，可能会出现正反两相的尖峰，这种尖峰一旦超过了一定的峰值，均可能会损坏驱动芯片。
图5 寄生参数等效电路
图6 VS端口的极端情况
抑制这种现象对电路的干扰，主要有以下两种方式：
(1) 寄生电感导致震荡主要由过高的DI/DT引起，因此降低开关速度就是最直接的方法，增加栅极驱动电阻就能够有效降低寄生参数导致的震荡。
(2) 这种震荡现象持续时间较短，并且返回电流并不大，因此可以通过增加电阻的方式抑制。在VS端口可以设置一颗1-20Ω的电阻，在COM端口则建议使用铜线单点对地再连接功率地。
图7 VS与COM震荡抑制电阻
五、典型方案与PCB制作
此处例举了一例半桥电路使用的案例，针对不同的芯片选择与不同的方案设计，具体参数要请读者自行调节。
以驱动MOSFET NCE8295AK为例，系统为48V无刷三相电机，所选用的栅极开启电阻为56Ω，关断电阻为10Ω。
图8 G2020典型应用方案
以图8应用方案为例，并通过紧密排布减小寄生参数对应用的影响。
图9 顶层
图10 底层
