半橋拓撲結構高端MOSFET驅動(dòng)方案選擇：變壓器還是硅芯片？

　　硅芯片驅動(dòng)方案

　　與變壓器驅動(dòng)方案類(lèi)似，硅集成電路驅動(dòng)方案也包含單驅動(dòng)輸入和雙驅動(dòng)輸入這兩種類(lèi)型，分別見(jiàn)圖3a及圖3b。不過(guò)，這些硅半橋驅動(dòng)器既能用作高端MOSFET驅動(dòng)器，也能用作低端MOSFET驅動(dòng)器。硅芯片高端MOSFET驅動(dòng)方案采用緊湊、高性能的封裝，在單顆芯片中集成了驅動(dòng)高端MOSFET所需的大多數功能，增加少數幾個(gè)外部元件后就能提供快速的開(kāi)關(guān)速度，提供閂鎖關(guān)閉功能，輸入指令與門(mén)驅動(dòng)輸出之間的延遲極低，功率耗散也較低。

　　圖3：硅芯片驅動(dòng)方案電路圖：a雙輸入;b單輸入。

　　但在提供這些優(yōu)勢的同時(shí)，硅芯片驅動(dòng)方案也有一些局限，如硅芯片內電壓達600 V，需要高端隔離，且需要匹配高端驅動(dòng)與低端驅動(dòng)之間的傳播延遲，避免使用任何不平衡變壓器。此外，高端驅動(dòng)器需要自舉供電(bootstrap supply)，并且需較高抗干擾能力，抑制高端驅動(dòng)器的負電壓影響。就高壓隔離而言，需要在電路中增加脈沖觸發(fā)器、電平轉換器和同步整流觸發(fā)器。其中，電平轉換器維持高達600 V電壓。就匹配延遲而言，在低端驅動(dòng)器通道上加入延遲時(shí)間，從而補償由脈沖觸發(fā)器、電平轉換器和同步整流觸發(fā)器導致的高端延遲。而就高端驅動(dòng)器的負電壓而言，我們著(zhù)重關(guān)注半橋支路來(lái)研究。連接至半橋支路的負載是電感型負載，類(lèi)似于LLC半橋，或在最簡(jiǎn)單的情況下是同步降壓結構。就降壓轉換器的實(shí)際工作來(lái)看，寄生電感和寄生電容等寄生參數隨處可見(jiàn)，橋引腳上的負電壓將會(huì )在驅動(dòng)IC內部產(chǎn)生負電流，且負電壓會(huì )在每個(gè)脈沖寬度增大，直到硅驅動(dòng)器(或稱(chēng)驅動(dòng)器IC)失效。若能在寬溫度范圍內將負脈沖保持在恰當的區域內，驅動(dòng)器將正常工作;否則，驅動(dòng)器將不會(huì )正常工作或可能損壞。

　　安森美半導體在-40℃至+125℃的完整溫度范圍內定義驅動(dòng)IC的電氣參數，相關(guān)的高端MOSFET硅驅動(dòng)器(參見(jiàn)表1)具有強固的負電壓特性。相比較而言，很多競爭對手僅在+25℃的環(huán)境工作溫度下定義電氣參數，并不總提供溫度特征描繪，而且很多競爭對手從特征曲線(xiàn)中析取的電氣參數值很可能未顧及工藝變化問(wèn)題。

　　表1：安森美半導體用于高端MOSFET驅動(dòng)的硅驅動(dòng)器相互參照。

　　方案比較及安森美半導體建議

　　我們以采用變壓器驅動(dòng)方案和硅驅動(dòng)器方案的24 V@10 A LLC半橋電路為例來(lái)比較這兩種方案。這兩種方案都采用帶雙DRV輸出的LLC控制器NCP1395，不同的是，前者采用變壓器驅動(dòng)LLC轉換器的MOSFET，后者采用NCP5181驅動(dòng)器IC來(lái)驅動(dòng)器LLC轉換器的MOSFET。兩者的波形看上去類(lèi)似，但比較高端MOSFET關(guān)閉時(shí)的波形可以發(fā)現，驅動(dòng)器IC更快速地關(guān)閉MOSFET，而且驅動(dòng)IC關(guān)閉MOSFET時(shí)快70 ns，從而降低開(kāi)關(guān)損耗;而在高端MOSFET導通時(shí)，驅動(dòng)器IC在高端與低端MOSFET之間能夠保持安全及足夠的死區時(shí)間，優(yōu)于變壓器驅動(dòng)方案。而從能效來(lái)看，在相同的輸入功率時(shí)，兩種方案的能效沒(méi)有顯著(zhù)區別(詳見(jiàn)參考資料1)。

　　對于這兩種方案而言，究竟應該選擇哪種方案呢?實(shí)際上，如果精心設計的話(huà)，這兩種方案都可以。安森美半導體身為應用于綠色電子產(chǎn)品的首要高性能、高能效硅方案供應商，我們的建議是選擇硅芯片驅動(dòng)方案，因為硅方案可以簡(jiǎn)化布線(xiàn)及簡(jiǎn)化設計，免去變壓器需要手動(dòng)插入的問(wèn)題，及可免除變壓器方案中諸如隔離被破壞、磁通走散、關(guān)閉后出來(lái)未預料到的振鈴等問(wèn)題。而且要支持纖薄設計的話(huà), 扁平電源中變壓器的高度是個(gè)問(wèn)題，而硅芯片驅動(dòng)方案則無(wú)此問(wèn)題。