《電子技術應用》
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一種新型的不對稱半橋隔離驅動電路設計
摘要: 本文介紹了幾種常用的不對稱半橋MOSFET驅動電路,分析了各電路的優點和適用場合,并提出其不足之處。最后本文設計了一種新型的不對稱半橋隔離驅動電路,通過樣機實驗,證明這種驅動電路不僅結構簡單、設計合理,而且能夠良好地實現不對稱半橋電路的驅動。
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  0 引言

  隨著電力半導體器件的發展,出現了多種全控型器件,其中MOSFET" title="MOSFET">MOSFET以其開關速度快、易并聯、所需驅動功率低等優點成為開關電源中最常用的功率開關器件之一。同時,隨著軟開關技術的不斷發展,具有結構簡單、所用元器件少、電壓應力小等優點的不對稱半橋變換器的應用也越來越廣泛。而兩路互補導通的驅動電路" title="驅動電路">驅動電路的設計是不對稱半橋變換器設計中的一個重要環節。本文介紹了幾種常用的不對稱半橋MOSFET驅動電路,分析了各電路的優點和適用場合,并提出其不足之處。最后本文設計了一種新型的不對稱半橋隔離驅動電路,通過樣機實驗,證明這種驅動電路不僅結構簡單、設計合理,而且能夠良好地實現不對稱半橋電路的驅動。

  1 幾種不對稱半橋驅動電路介紹及分析

  1.1 非隔離的不對稱半橋驅動電路

  圖1為常用的小功率驅動電路,簡單可靠成本低,適用于不要求隔離的小功率開關設備。其中一路直接接到下管,另外一路經反向器反向后驅動上管。RP1,RP2用于調節死區時間。

常用的小功率驅動電路

  1.2 正激式不對稱半橋隔離驅動電路

  文獻提出一種正激式不對稱半橋隔離驅動電路,如圖2所示。

正激式不對稱半橋隔離驅動電路

  以正向電路為例,脈沖信號通過高頻脈沖變壓器" title="變壓器">變壓器耦合去驅動功率MOSFET管,次級脈沖電壓為正時,MOSFET導通,在此期間VT3截止,由其構成的泄放電路不工作。當次級脈沖電壓為零時,則VT3導通,快速泄放MOSFET柵極電荷,加速MOSFET的截止。R7是用于抑制驅動脈沖的尖峰,R9,VD3,R11,VD5,R13可以加速驅動并防止驅動脈沖產生振蕩。 和與它相連的脈沖變壓器繞組共同構成去磁電路。

  該電路實現了隔離,且能輸出較好的驅動波形。但是也存在一些不足之處:①結構復雜,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 專用芯片驅動電路

  ST公司的L6384" title="L6384">L6384是專門的不對稱半橋驅動芯片,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)輸出互補的脈沖。3腳(DT/ST)外接電阻和電容來控制兩路輸出的死區時間。當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,但由于其成本較高,不適用于低成本設計的產品。

基于L6384的驅動電路

  2 新型的不對稱半橋隔離驅動電路

  根據以上幾種驅動電路,針對傳統隔離驅動電路結構復雜、占用空間大和不對稱半橋專用芯片驅動電路應用的局限性等問題,提出了一種新型的不對稱半橋隔離驅動電路,適用于單脈沖輸出的芯片,具有結構簡單可靠,占用空間小等特點,并且實現了電氣隔離,可以運用于中大功率場合。

  驅動電路如圖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100kHZ。原邊VT1,VT2構成的推挽式功放電路。脈沖輸出高電平時,VT1導通,提供MOS管驅動功率;低電平時,VT2導通,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調理電路后變成互補的脈沖信號,從而驅動MOSFET。驅動脈沖為正時,MOSFET導通,在此期間VT1,VT2截止,由其構成的泄放電路不工作。當次級脈沖電壓為零時,則VT1,VT2導通,快速泄放MOSFET柵極電荷,加速MOSFET的截止。穩壓管VD1,VD2對脈沖波形正向進行削波。

新型的不對稱半橋隔離驅動電路

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

SABER仿真驅動波形

  該電路具有以下優點:①電路結構較簡單可靠,具有電氣隔離作用。占空比固定時,通過合理的參數設計,此驅動電路具有較快的開關速度。②該電路只需一個電源,即為單電源工作。

  3 實驗和結論

  本文設計了一臺不對稱半橋變換器樣機: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時的驅動波形Ug1,Ug1如圖(6)所示。

實驗驅動波形圖

  通過實驗驗證,本文提出的新型不對稱半橋隔離驅動電路不僅結構簡單、設計合理,且較好地實現了MOSFET的互補驅動,其驅動波形具有很好的穩定性,是一款高性能的隔離驅動電路。

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