半橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)高端MOSFET驅(qū)動(dòng)方案選擇：變壓器還是硅芯片？

　　硅芯片驅(qū)動(dòng)方案

　　與變壓器驅(qū)動(dòng)方案類似，硅集成電路驅(qū)動(dòng)方案也包含單驅(qū)動(dòng)輸入和雙驅(qū)動(dòng)輸入這兩種類型，分別見圖3a及圖3b。不過，這些硅半橋驅(qū)動(dòng)器既能用作高端MOSFET驅(qū)動(dòng)器，也能用作低端MOSFET驅(qū)動(dòng)器。硅芯片高端MOSFET驅(qū)動(dòng)方案采用緊湊、高性能的封裝，在單顆芯片中集成了驅(qū)動(dòng)高端MOSFET所需的大多數(shù)功能，增加少數(shù)幾個(gè)外部元件后就能提供快速的開關(guān)速度，提供閂鎖關(guān)閉功能，輸入指令與門驅(qū)動(dòng)輸出之間的延遲極低，功率耗散也較低。

　　圖3：硅芯片驅(qū)動(dòng)方案電路圖：a雙輸入;b單輸入。

　　但在提供這些優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，硅芯片驅(qū)動(dòng)方案也有一些局限，如硅芯片內(nèi)電壓達(dá)600 V，需要高端隔離，且需要匹配高端驅(qū)動(dòng)與低端驅(qū)動(dòng)之間的傳播延遲，避免使用任何不平衡變壓器。此外，高端驅(qū)動(dòng)器需要自舉供電(bootstrap supply)，并且需較高抗干擾能力，抑制高端驅(qū)動(dòng)器的負(fù)電壓影響。就高壓隔離而言，需要在電路中增加脈沖觸發(fā)器、電平轉(zhuǎn)換器和同步整流觸發(fā)器。其中，電平轉(zhuǎn)換器維持高達(dá)600 V電壓。就匹配延遲而言，在低端驅(qū)動(dòng)器通道上加入延遲時(shí)間，從而補(bǔ)償由脈沖觸發(fā)器、電平轉(zhuǎn)換器和同步整流觸發(fā)器導(dǎo)致的高端延遲。而就高端驅(qū)動(dòng)器的負(fù)電壓而言，我們著重關(guān)注半橋支路來研究。連接至半橋支路的負(fù)載是電感型負(fù)載，類似于LLC半橋，或在最簡(jiǎn)單的情況下是同步降壓結(jié)構(gòu)。就降壓轉(zhuǎn)換器的實(shí)際工作來看，寄生電感和寄生電容等寄生參數(shù)隨處可見，橋引腳上的負(fù)電壓將會(huì)在驅(qū)動(dòng)IC內(nèi)部產(chǎn)生負(fù)電流，且負(fù)電壓會(huì)在每個(gè)脈沖寬度增大，直到硅驅(qū)動(dòng)器(或稱驅(qū)動(dòng)器IC)失效。若能在寬溫度范圍內(nèi)將負(fù)脈沖保持在恰當(dāng)?shù)膮^(qū)域內(nèi)，驅(qū)動(dòng)器將正常工作;否則，驅(qū)動(dòng)器將不會(huì)正常工作或可能損壞。

　　安森美半導(dǎo)體在-40℃至+125℃的完整溫度范圍內(nèi)定義驅(qū)動(dòng)IC的電氣參數(shù)，相關(guān)的高端MOSFET硅驅(qū)動(dòng)器(參見表1)具有強(qiáng)固的負(fù)電壓特性。相比較而言，很多競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手僅在+25℃的環(huán)境工作溫度下定義電氣參數(shù)，并不總提供溫度特征描繪，而且很多競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手從特征曲線中析取的電氣參數(shù)值很可能未顧及工藝變化問題。

　　表1：安森美半導(dǎo)體用于高端MOSFET驅(qū)動(dòng)的硅驅(qū)動(dòng)器相互參照。

　　方案比較及安森美半導(dǎo)體建議

　　我們以采用變壓器驅(qū)動(dòng)方案和硅驅(qū)動(dòng)器方案的24 V@10 A LLC半橋電路為例來比較這兩種方案。這兩種方案都采用帶雙DRV輸出的LLC控制器NCP1395，不同的是，前者采用變壓器驅(qū)動(dòng)LLC轉(zhuǎn)換器的MOSFET，后者采用NCP5181驅(qū)動(dòng)器IC來驅(qū)動(dòng)器LLC轉(zhuǎn)換器的MOSFET。兩者的波形看上去類似，但比較高端MOSFET關(guān)閉時(shí)的波形可以發(fā)現(xiàn)，驅(qū)動(dòng)器IC更快速地關(guān)閉MOSFET，而且驅(qū)動(dòng)IC關(guān)閉MOSFET時(shí)快70 ns，從而降低開關(guān)損耗;而在高端MOSFET導(dǎo)通時(shí)，驅(qū)動(dòng)器IC在高端與低端MOSFET之間能夠保持安全及足夠的死區(qū)時(shí)間，優(yōu)于變壓器驅(qū)動(dòng)方案。而從能效來看，在相同的輸入功率時(shí)，兩種方案的能效沒有顯著區(qū)別(詳見參考資料1)。

　　對(duì)于這兩種方案而言，究竟應(yīng)該選擇哪種方案呢?實(shí)際上，如果精心設(shè)計(jì)的話，這兩種方案都可以。安森美半導(dǎo)體身為應(yīng)用于綠色電子產(chǎn)品的首要高性能、高能效硅方案供應(yīng)商，我們的建議是選擇硅芯片驅(qū)動(dòng)方案，因?yàn)楣璺桨缚梢院?jiǎn)化布線及簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，免去變壓器需要手動(dòng)插入的問題，及可免除變壓器方案中諸如隔離被破壞、磁通走散、關(guān)閉后出來未預(yù)料到的振鈴等問題。而且要支持纖薄設(shè)計(jì)的話, 扁平電源中變壓器的高度是個(gè)問題，而硅芯片驅(qū)動(dòng)方案則無此問題。