同步Buck新型高頻正弦波諧振驅動(dòng)電路的研究

摘要：高效率、高開(kāi)關(guān)頻率和高動(dòng)態(tài)響應是近年來(lái)開(kāi)關(guān)電源領(lǐng)域研究的重點(diǎn)，但開(kāi)關(guān)頻率的提高伴隨著(zhù)驅動(dòng)損耗的急劇增加，特別是當開(kāi)關(guān)頻率達到5 MHz以上等級時(shí)，傳統的方波驅動(dòng)電路已無(wú)法正常工作。同步Buck是目前很常用的一種DC／DC拓撲，此處提出了一種新型正弦波諧振驅動(dòng)電路，實(shí)現了對高邊開(kāi)關(guān)管的驅動(dòng)，且有效降低了高開(kāi)關(guān)頻率下電路的驅動(dòng)損耗。在輸入電壓為15 V，輸出電壓為5 V，輸出電流為2 A，開(kāi)關(guān)頻率為6 MHz的同步Buck電路中，其效率能達85％以上。針對該驅動(dòng)方式采用了ON-OFF電壓滯環(huán)的閉環(huán)控制策略，提高了電路的動(dòng)態(tài)響應性能。
關(guān)鍵詞：驅動(dòng)電路；正弦波諧振驅動(dòng)；驅動(dòng)損耗

1 引言
在電子信息技術(shù)不斷發(fā)展的背景下，小型化已成為各項技術(shù)不斷追求和發(fā)展的目標。為了減小電源所占的空間，提高便攜式設備的待機時(shí)間，模塊電源必須朝著(zhù)小型化且高效率的方向發(fā)展。
提高M(jìn)OSFET的開(kāi)關(guān)頻率可降低電路的儲能需求，減小電感電容等無(wú)源器件的體積，進(jìn)而減小開(kāi)關(guān)電源的體積。但傳統的方波驅動(dòng)電路只適用于兆赫茲以下等級的開(kāi)關(guān)頻率，當開(kāi)關(guān)頻率繼續增加時(shí)，傳統方波驅動(dòng)電路的驅動(dòng)損耗會(huì )急劇增加，嚴重影響整體電路的效率。當開(kāi)關(guān)頻率達到5 MHz以上時(shí)，電路甚至無(wú)法正常工作。為了解決上述問(wèn)題，此處提出了一種針對普通的同步Buck拓撲的雙管正弦波諧振驅動(dòng)電路，解決了主開(kāi)關(guān)管高邊驅動(dòng)的問(wèn)題，且針對所提出的驅動(dòng)方式采用ON-OFF電壓滯環(huán)的閉環(huán)控制方式。

2 同步Buck電路及其驅動(dòng)電路
2．1 同步Buck電路
圖1示出主電路所采用的同步Buck拓撲結構圖。與常規的Buck電路相比，同步Buck電路采用MOSFET VQ2替代了常規Buck電路中的續流二極管，降低了二極管續流時(shí)的導通損耗。

2．2 傳統的方波驅動(dòng)電路
圖2示出目前應用廣泛的傳統方波驅動(dòng)電路，通過(guò)VS1和VS2交替導通給VQ的輸入寄生電容Ciss不斷地充電和放電，從而實(shí)現VQ的開(kāi)通和關(guān)斷。因此傳統方波驅動(dòng)電路的驅動(dòng)損耗可表示為：，其中，fs為VQ的開(kāi)關(guān)頻率?？梢?jiàn)，傳統方波驅動(dòng)電路的驅動(dòng)損耗是隨著(zhù)開(kāi)關(guān)頻率的增加而成比例增長(cháng)的，不適用于開(kāi)關(guān)頻率在兆赫茲以上等級的電路。

2．3 正弦波諧振驅動(dòng)電路
圖3示出正弦波諧振驅動(dòng)電路原理圖。

通過(guò)一個(gè)外接電感Lr在fs下與VQ的輸入寄生電容Ciss產(chǎn)生諧振，通過(guò)諧振所產(chǎn)生的正弦波來(lái)驅動(dòng)VQ。因為諧振過(guò)程中能量一直在Ciss和Lr間傳遞，損耗主要由諧振電流流過(guò)前端圖騰柱輸出電阻Ri和MOSFET的柵極寄生電阻Rg而產(chǎn)生，因此相對于傳統的方波驅動(dòng)電路，損耗大為減小。與傳統的方波驅動(dòng)相比，正弦波諧振驅動(dòng)有許多優(yōu)點(diǎn)：①由于驅動(dòng)電路的能量一直在諧振電容和電感之間傳遞，大大減小了驅動(dòng)電路和MOSFET柵極的損耗；②由于MOSFET的輸入電容是隨著(zhù)諧振的過(guò)程而實(shí)現充放電的，因此MOSFET開(kāi)通和關(guān)斷瞬間所需的電流明顯減小，避免了柵極寄生電感引起的振蕩；③在驅動(dòng)雙開(kāi)關(guān)管的電路拓撲時(shí)，正弦波諧振驅動(dòng)電路無(wú)需復雜的死區控制電路，因為正弦波驅動(dòng)有固有的死區時(shí)間。