利用低端柵極驅動(dòng)器IC進(jìn)行系統開(kāi)發(fā)

　　低端柵極驅動(dòng)器IC是專(zhuān)用放大器，普遍用于電源設計中，根據來(lái)自PWM控制器的輸入信號開(kāi)關(guān)接地參考MOSFET和 IGBT。對于低于100~200W的低功率轉換器，這些驅動(dòng)器可以成功地集成到PWM控制器中以減少元件數，只要滿(mǎn)足一定條件便沒(méi)有問(wèn)題。這些條件包括：MOSFET開(kāi)關(guān)速度足夠快，讓開(kāi)關(guān)損耗在可接受的范圍內;較高驅動(dòng)電流脈沖產(chǎn)生的噪聲不會(huì )干擾控制功能;以及PWM IC的板上散熱易于管理。另一方面，在較高功率的轉換器中，一般采用單獨的驅動(dòng)器IC以提供更大的驅動(dòng)功率或更方便地管理噪聲和散熱。此外，通過(guò)對控制器采用更低的電源電壓，以及采用較高電壓來(lái)驅動(dòng)功率開(kāi)關(guān)，可以提高電源效率，而柵極驅動(dòng)器IC能夠很好地完成這種電平轉換工作。

　　為節約成本，有時(shí)也采用分立式元件來(lái)搭建簡(jiǎn)單的柵極驅動(dòng)電路，在不需要具有先進(jìn)功能及性能的驅動(dòng)器IC時(shí)，這樣做是可行的。不過(guò)，這種方案有不少局限性。例如，如果選定NPN/PNP射極跟隨器的輸出級，偏置電路的設計就必須謹慎，當晶體管的輸出飽和電壓高至快速開(kāi)關(guān)電壓時(shí)，會(huì )致使輸出電壓的擺幅減小。如果在輸出端改用PMOS/NMOS反向器，控制邏輯必須適應這種邏輯轉換，而且當驅動(dòng)器改變狀態(tài)時(shí)一般有部分擊穿。利用上述兩種技術(shù)的任一種，這種低增益級都需要輸入快速邊緣來(lái)產(chǎn)生快速的切換，需要更多的電路來(lái)執行電壓級轉換等功能，而元件數的增加對空間、裝配時(shí)間及可靠性都有不良影響。

　　柵極驅動(dòng)器IC能夠解決上述大部分問(wèn)題。它們集成有使能和欠壓鎖定(UVLO)等功能，可以輕松地在啟動(dòng)、關(guān)斷和發(fā)生故障等最棘手的工作條件下控制功率開(kāi)關(guān)。很小的邏輯門(mén)就能夠很容易地驅動(dòng)高阻抗輸入，而且由于驅動(dòng)器IC包含有帶正反饋的高增益電路，故只要輸入電壓超過(guò)閾值，輸出總是能夠快速切換。當IC需要設計以防止閾值電壓隨過(guò)熱波動(dòng)時(shí)，很容易通過(guò)在輸入端添加簡(jiǎn)單的RC電路來(lái)插入一個(gè)固定延時(shí)。

　　驅動(dòng)器大小的決定

　　使用低端驅動(dòng)器的兩類(lèi)常見(jiàn)開(kāi)關(guān)是具有硬開(kāi)關(guān)拓撲的初級端開(kāi)關(guān)特征的鉗位感應開(kāi)關(guān)，以及同步整流。決定驅動(dòng)器大小的標準各不相同，這里做一個(gè)檢閱。

　　圖1所示為鉗位感應開(kāi)關(guān)的理想導通波形，其特征是漏源電流的上升和漏源電壓的下降之間沒(méi)有重疊。這產(chǎn)生最差情況的開(kāi)關(guān)損耗，通常表示為整個(gè)轉換器開(kāi)關(guān)時(shí)間TS上的平均功耗，即使實(shí)際功耗只發(fā)生在圖中的t2和t3上。

　　(t2+t3)的長(cháng)度取決于平均柵極驅動(dòng)電流IG和MOSFET柵極穿越這些時(shí)間間隔所必需的電荷量，兩者都可以在 MOSFET規格中找到，或者是從總柵極電荷曲線(xiàn)上讀取。

　　關(guān)斷波形是圖1的鏡像圖形，可以采用類(lèi)似的方法計算關(guān)斷開(kāi)關(guān)損耗，并代入式(1)，求出該功率開(kāi)關(guān)的總開(kāi)關(guān)損耗。從這些式子可明顯看出，在損耗時(shí)間間隔內，開(kāi)關(guān)損耗與柵極驅動(dòng)電流成反比。對于鉗位感應開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)損耗是決定柵極驅動(dòng)器大小的主要指標。事實(shí)上，當它的輸出電壓接近工作范圍中間值時(shí)，最重要的驅動(dòng)器特性是其輸出電流。