半橋拓撲結構高端MOSFET驅動(dòng)方案選擇：變壓器還是硅芯片？

　　變壓器驅動(dòng)方案

　　基于變壓器的高端MOSFET驅動(dòng)方案在設計過(guò)程中涉及到一些重要的考慮因素。例如，由于是對地參考點(diǎn)浮動(dòng)驅動(dòng)，如果設計中存在400 V功率因數校正(PFC)電路，則要保持500 V隔離。此外，要將漏電感減至最小，否則輸出與輸入繞組之間的延遲可能會(huì )損壞功率MOSFET。要遵守法拉第定律，保持V*T乘積恒定，否則會(huì )飽和。要保持足夠裕量，防止飽和，尤其是在交流高壓輸入和瞬態(tài)負載的情況下。要使用高磁導率鐵芯，從而將勵磁電流(IM)降至最低。要保持高灌電流(sink current)能力，使開(kāi)關(guān)速度加快。

　　基于變壓器的驅動(dòng)方案包含兩種主要類(lèi)型，分別是單驅動(dòng)(DRV)輸入和雙驅動(dòng)輸入，參見(jiàn)圖2a及圖2b。單驅動(dòng)輸入方案中，需要增加交流耦合電容(CC)來(lái)復位驅動(dòng)變壓器的磁通。這種方案中的門(mén)極-源極電壓(VGS)幅度取決于占空比;另外，穩態(tài)時(shí)-VC關(guān)閉，而在啟動(dòng)時(shí)灌電流能力受限。這種方案需要快速的時(shí)間常數(LM//RGS * CC)，防止由快速瞬態(tài)事件導致的磁通走漏(flux walking)。 另外，在設計過(guò)程中，也需要留意跳周期模式或欠壓鎖定(UVLO)時(shí)耦合電容與驅動(dòng)變壓器之間的振鈴，需要使用二極管來(lái)抑制振鈴。

　　單驅動(dòng)輸入包括帶直流恢復的單驅動(dòng)輸入及帶PNP關(guān)閉的單驅動(dòng)輸入。其中，帶直流恢復的單驅動(dòng)輸入在穩態(tài)時(shí)VGS取決于占空比，但灌電流能力有限;后者則采用PNP晶體管+二極管的組合來(lái)幫助改善關(guān)閉(switching off)操作。此外，對單驅動(dòng)輸入而言，還不能忽略與門(mén)。如果與門(mén)驅動(dòng)能力有限，要增加圖騰柱(totem-pole)驅動(dòng)器。

　　圖2b顯示的是雙極性對稱(chēng)驅動(dòng)輸入方案的電路圖。在這種方案中，兩個(gè)輸入(DRVA和DRVB)的極性相反，位置對稱(chēng)，故不同于單驅動(dòng)輸入方案，無(wú)需交流耦合電容。這種方案適合推挽型電路，如LLC-HB，但不適合非對稱(chēng)電路，如非對稱(chēng)半橋或有源鉗位。這種方案需要注意線(xiàn)路/負載瞬態(tài)時(shí)的驅動(dòng)變壓器磁通，仍然需要強大的關(guān)閉能力。需要注意由泄漏電感導致的延遲，將泄漏電感減至最小，并使用雙輸出繞組而非單輸出繞組。這種方案的另一項不足是關(guān)閉電阻(Roff)壓降會(huì )導致額外的功率損耗。

　　圖2：?jiǎn)悟寗?dòng)輸入(a)與雙驅動(dòng)輸入(b)變壓器驅動(dòng)方案電路對比。

　　綜合來(lái)看，變壓器驅動(dòng)方案有多項優(yōu)勢，一是變壓器比裸片更強固，二是對雜散噪聲及高dV/dt脈沖較不敏感，當然，成本也可能更便宜。但其劣勢是電路復雜，需要注意極端線(xiàn)路/負載條件及關(guān)閉模式，且需注意泄漏電感及隔離，還要留意汲電流能力是否夠強。