《電子技術(shù)應(yīng)用》
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一種新型的不對稱半橋隔離驅(qū)動電路設(shè)計
摘要: 本文介紹了幾種常用的不對稱半橋MOSFET驅(qū)動電路,分析了各電路的優(yōu)點(diǎn)和適用場合,并提出其不足之處。最后本文設(shè)計了一種新型的不對稱半橋隔離驅(qū)動電路,通過樣機(jī)實(shí)驗(yàn),證明這種驅(qū)動電路不僅結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計合理,而且能夠良好地實(shí)現(xiàn)不對稱半橋電路的驅(qū)動。
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  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" title="MOSFET">MOSFET以其開關(guān)速度快、易并聯(lián)、所需驅(qū)動功率低等優(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,隨著軟開關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展,具有結(jié)構(gòu)簡單、所用元器件少、電壓應(yīng)力小等優(yōu)點(diǎn)的不對稱半橋變換器的應(yīng)用也越來越廣泛。而兩路互補(bǔ)導(dǎo)通的驅(qū)動電路" title="驅(qū)動電路">驅(qū)動電路的設(shè)計是不對稱半橋變換器設(shè)計中的一個重要環(huán)節(jié)。本文介紹了幾種常用的不對稱半橋MOSFET驅(qū)動電路,分析了各電路的優(yōu)點(diǎn)和適用場合,并提出其不足之處。最后本文設(shè)計了一種新型的不對稱半橋隔離驅(qū)動電路,通過樣機(jī)實(shí)驗(yàn),證明這種驅(qū)動電路不僅結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計合理,而且能夠良好地實(shí)現(xiàn)不對稱半橋電路的驅(qū)動。

  1 幾種不對稱半橋驅(qū)動電路介紹及分析

  1.1 非隔離的不對稱半橋驅(qū)動電路

  圖1為常用的小功率驅(qū)動電路,簡單可靠成本低,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)動上管。RP1,RP2用于調(diào)節(jié)死區(qū)時間。

常用的小功率驅(qū)動電路

  1.2 正激式不對稱半橋隔離驅(qū)動電路

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

正激式不對稱半橋隔離驅(qū)動電路

  以正向電路為例,脈沖信號通過高頻脈沖變壓器" title="變壓器">變壓器耦合去驅(qū)動功率MOSFET管,次級脈沖電壓為正時,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)次級脈沖電壓為零時,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)動脈沖的尖峰,R9,VD3,R11,VD5,R13可以加速驅(qū)動并防止驅(qū)動脈沖產(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)動電路

  ST公司的L6384" title="L6384">L6384是專門的不對稱半橋驅(qū)動芯片,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)外接電阻和電容來控制兩路輸出的死區(qū)時間。當(dāng)3腳的電平低于0.5V的時候,芯片停止工作。專用芯片具有外圍電路簡單、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)計的產(chǎn)品。

基于L6384的驅(qū)動電路

  2 新型的不對稱半橋隔離驅(qū)動電路

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

  驅(qū)動電路如圖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,VT1導(dǎo)通,提供MOS管驅(qū)動功率;低電平時,VT2導(dǎo)通,電容上的儲能提供反向脈沖。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,從而驅(qū)動MOSFET。驅(qū)動脈沖為正時,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)次級脈沖電壓為零時,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對脈沖波形正向進(jìn)行削波。

新型的不對稱半橋隔離驅(qū)動電路

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

SABER仿真驅(qū)動波形

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

  3 實(shí)驗(yàn)和結(jié)論

  本文設(shè)計了一臺不對稱半橋變換器樣機(jī):工作頻率為98kHz,輸人電壓為400VDC,輸出電壓為30VDC。測得占空比為0.47時的驅(qū)動波形Ug1,Ug1如圖(6)所示。

實(shí)驗(yàn)驅(qū)動波形圖

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

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