新型不對(duì)稱半橋隔離驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

0 引言

隨著電力半導(dǎo)體器件的發(fā)展，出現(xiàn)了多種全控型器件，其中MOSFET以其開關(guān)速度快、易并聯(lián)、所需驅(qū)動(dòng)功率低等優(yōu)點(diǎn)成為開關(guān)電源中最常用的功率開關(guān)器件之一。同時(shí)，隨著軟開關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、所用元器件少、電壓應(yīng)力小等優(yōu)點(diǎn)的不對(duì)稱半橋變換器的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。而兩路互補(bǔ)導(dǎo)通的驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)是不對(duì)稱半橋變換器設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。本文介紹了幾種常用的不對(duì)稱半橋MOSFET驅(qū)動(dòng)電路，分析了各電路的優(yōu)點(diǎn)和適用場(chǎng)合，并提出其不足之處。最后本文設(shè)計(jì)了一種新型的不對(duì)稱半橋隔離驅(qū)動(dòng)電路，通過(guò)樣機(jī)實(shí)驗(yàn)，證明這種驅(qū)動(dòng)電路不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)合理，而且能夠良好地實(shí)現(xiàn)不對(duì)稱半橋電路的驅(qū)動(dòng)。

1 幾種不對(duì)稱半橋驅(qū)動(dòng)電路介紹及分

1．1 非隔離的不對(duì)稱半橋驅(qū)動(dòng)電路

圖1為常用的小功率驅(qū)動(dòng)電路，簡(jiǎn)單可靠成本低，適用于不要求隔離的小功率開關(guān)設(shè)備。其中一路直接接到下管，另外一路經(jīng)反向器反向后驅(qū)動(dòng)上管。RP1，RP2用于調(diào)節(jié)死區(qū)時(shí)間。

1．2 正激式不對(duì)稱半橋隔離驅(qū)動(dòng)電路

文獻(xiàn)提出一種正激式不對(duì)稱半橋隔離驅(qū)動(dòng)電路，如圖2所示。

以正向電路為例，脈沖信號(hào)通過(guò)高頻脈沖變壓器耦合去驅(qū)動(dòng)功率MOSFET管，次級(jí)脈沖電壓為正時(shí)，MOSFET導(dǎo)通，在此期間VT3截止，由其構(gòu)成的泄放電路不工作。當(dāng)次級(jí)脈沖電壓為零時(shí)，則VT3導(dǎo)通，快速泄放MOSFET柵極電荷，加速M(fèi)OSFET的截止。R7是用于抑制驅(qū)動(dòng)脈沖的尖峰，R9，VD3，R11，VD5，R13可以加速驅(qū)動(dòng)并防止驅(qū)動(dòng)脈沖產(chǎn)生振蕩。 和與它相連的脈沖變壓器繞組共同構(gòu)成去磁電路。

該電路實(shí)現(xiàn)了隔離，且能輸出較好的驅(qū)動(dòng)波形。但是也存在一些不足之處：①結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要雙電源供電(±12V)；②元器件較多，特別是需要兩個(gè)隔離變壓器，不僅占用較大空間，而且增加電路成本。

1．3 專用芯片驅(qū)動(dòng)電路

ST公司的L6384是專門的不對(duì)稱半橋驅(qū)動(dòng)芯片，其原理圖及外圍電路如圖3所示。單脈沖從1腳(IN)輸入，5腳(HVG)和7腳(LVG)輸出互補(bǔ)的脈沖。3腳(DT／ST)外接電阻和電容來(lái)控制兩路輸出的死區(qū)時(shí)間。當(dāng)3腳的電平低于0．5V的時(shí)候，芯片停止工作。專用芯片具有外圍電路簡(jiǎn)單、占用空間小的特點(diǎn)，但由于其成本較高，不適用于低成本設(shè)計(jì)的產(chǎn)品

2 新型的不對(duì)稱半橋隔離驅(qū)動(dòng)電路

根據(jù)以上幾種驅(qū)動(dòng)電路，針對(duì)傳統(tǒng)隔離驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、占用空間大和不對(duì)稱半橋?qū)Ｓ眯酒?qū)動(dòng)電路應(yīng)用的局限性等問(wèn)題，提出了一種新型的不對(duì)稱半橋隔離驅(qū)動(dòng)電路，適用于單脈沖輸出的芯片，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，占用空間小等特點(diǎn)，并且實(shí)現(xiàn)了電氣隔離，可以運(yùn)用于中大功率場(chǎng)合。

驅(qū)動(dòng)電路如圖4所示，工作頻率由磁芯的特性決定，一般使用高頻磁芯，工作頻率可達(dá)100kHZ。原邊VT1，VT2構(gòu)成的推挽式功放電路。脈沖輸出高電平時(shí)，VT1導(dǎo)通，提供MOS管驅(qū)動(dòng)功率；低電平時(shí)，VT2導(dǎo)通，電容上的儲(chǔ)能提供反向脈沖。變壓器副邊輸出的兩路波形經(jīng)調(diào)理電路后變成互補(bǔ)的脈沖信號(hào)，從而驅(qū)動(dòng)MOSFET。驅(qū)動(dòng)脈沖為正時(shí)，MOSFET導(dǎo)通，在此期間VT1，VT2截止，由其構(gòu)成的泄放電路不工作。當(dāng)次級(jí)脈沖電壓為零時(shí)，則VT1，VT2導(dǎo)通，快速泄放MOSFET柵極電荷，加速M(fèi)OSFET的截止。穩(wěn)壓管VD1，VD2對(duì)脈沖波形正向進(jìn)行削波。

在SABER仿真下，該變壓器副邊N2，N3以及上、下管的驅(qū)動(dòng)波形分別如圖5(a)、(b)所示。

該電路具有以下優(yōu)點(diǎn)：①電路結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單可靠，具有電氣隔離作用。占空比固定時(shí)，通過(guò)合理的參數(shù)設(shè)計(jì)，此驅(qū)動(dòng)電路具有較快的開關(guān)速度。②該電路只需一個(gè)電源，即為單電源工作。

　3 實(shí)驗(yàn)和結(jié)論

本文設(shè)計(jì)了一臺(tái)不對(duì)稱半橋變換器樣機(jī)：工作頻率為98kHz，輸人電壓為400VDC，輸出電壓為30VDC。測(cè)得占空比為0．47時(shí)的驅(qū)動(dòng)波形Ug1，Ug1如圖(6)所示。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，本文提出的新型不對(duì)稱半橋隔離驅(qū)動(dòng)電路不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)合理，且較好地實(shí)現(xiàn)了MOSFET的互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)，其驅(qū)動(dòng)波形具有很好的穩(wěn)定性，是一款高性能的隔離驅(qū)動(dòng)電路。