基于MC34152和CMOS的軟開(kāi)關(guān)變換器驅動(dòng)電路設計

在高頻PWM開(kāi)關(guān)變換器中，為保證功率MOSFET在高頻、高壓、大電流下工作，要設計可靠的柵極驅動(dòng)電路。一個(gè)性能良好的驅動(dòng)電路要求觸發(fā)脈沖應具有足夠快的上升和下降速度，脈沖前后沿要陡峭；驅動(dòng)源的內阻要足夠小、電流要足夠大，以提高功率MOSFET的開(kāi)關(guān)速度；為了使功率MOSFET可靠觸發(fā)導通，柵極驅動(dòng)電壓應高于器件的開(kāi)啟電壓；為防止誤導通，在功率MOSFET截止時(shí)最好能提供負的柵-源電壓。而對于軟開(kāi)關(guān)變換器，在設計驅動(dòng)電路時(shí)，還需考慮主開(kāi)關(guān)與輔助開(kāi)關(guān)驅動(dòng)信號之間的相位關(guān)系。本文以升壓ZVT-PWM變換器為例，用集成芯片MC34152和CMOS邏輯器件設計了一種可滿(mǎn)足以上要求的軟開(kāi)關(guān)變換器驅動(dòng)電路。

　　MC34152

　　MC34152是一款單片雙MOSFET高速集成驅動(dòng)器，具有完全適用于驅動(dòng)功率MOSFET的兩個(gè)大電流輸出通道，且具有低輸入電流，可與CMOS和LSTTL邏輯電路相容。

　　MC34152的每一通道包括邏輯輸入級和功率輸出級兩部分。輸入級由具有最大帶寬的邏輯電路施密特觸發(fā)器組成，并利用二極管實(shí)現雙向輸入限幅保護。輸出級被設計成圖騰柱 (totem pole)電路結構形式?；鶞孰妷簽?.7V的比較器與施密特觸發(fā)器輸出電平的邏輯判定決定了與非門(mén)的輸出狀態(tài)(同相或反相輸出)，進(jìn)而決定了兩個(gè)同型輸出功率管的“推”或“挽”工作狀態(tài)。這種結構使該芯片具有強大的驅動(dòng)能力及低的輸出阻抗，其輸出和吸收電流的能力可達1.5A，在1.0A時(shí)的標準通態(tài)電阻為2.4W，可對大容性負載快速充放電；對于1000pF負載，輸出上升和下降時(shí)間僅為15ns，邏輯輸入到驅動(dòng)輸出的傳輸延遲(上升沿或下降沿)僅為55ns，因而可高速驅動(dòng)功率MOSFET。每個(gè)輸出級還含有接到VCC的一個(gè)內置二極管，用于箝制正電壓瞬態(tài)變化，而輸出端要接100KW降壓電阻，用于保證當VCC低于1.4V時(shí)，保持MOSFET柵極處于低電位。

　　軟開(kāi)關(guān)變換器驅動(dòng)電路設計

　　升壓ZVT-PWM變換器是一種零電壓轉換軟開(kāi)關(guān)變換器，其結構如圖1所示，由主電路和控制系統兩部分組成。在主電路中，S為主開(kāi)關(guān)，S1為輔助開(kāi)關(guān)，控制系統包括PWM信號產(chǎn)生電路及驅動(dòng)電路。

圖1 ZVT-PWM變換器結構框圖

　　指標要求

　　變換器：開(kāi)關(guān)頻率fS=100KHz；輸入電壓Vi=12V；輸出電壓Vo=48V；輸出功率Po=100W。

　　驅動(dòng)電路：輸出峰值電流Iom5V；驅動(dòng)脈沖上升時(shí)間tr和下降時(shí)間tf均

圖2 ZVT-PWM變換器驅動(dòng)電路

　　從圖2可見(jiàn)，由PWM控制芯片輸出的脈沖調制波經(jīng)CD4069反相整形后送至MC34152輸入端(引腳2)，由7引腳輸出，作為主開(kāi)關(guān)的驅動(dòng)信號。與此同時(shí)，從PWM控制芯片輸出的脈沖調制波經(jīng)CD4069另一反相器整形后，輸入到CD4013的CLK端(3引腳)作為時(shí)鐘信號。信號上升沿觸發(fā)，使Q端(1引腳)輸出高電平，經(jīng)過(guò)可變電阻RP對電容C9充電。當充電電壓達到VCC/2時(shí)，復位端起作用，使D觸發(fā)器復位，Q端電位變成低電平，電容C9經(jīng)過(guò)二極管D2迅速放電至零，準備進(jìn)入下一個(gè)周期。因此，經(jīng)單穩態(tài)電路，從CD4013的Q端輸出的脈沖信號經(jīng)CD4069再一次反相整形后送至MC34152的另一輸入端(4引腳)，由5引腳輸出，作為輔助開(kāi)關(guān)的驅動(dòng)信號。因為單穩態(tài)電路RC網(wǎng)絡(luò )(由RP和C9組成)的時(shí)間常數為RP·C9，通過(guò)調節可變電阻RP的大小，即可改變輸出脈沖的寬度，從而解決了輔助開(kāi)關(guān)與主開(kāi)關(guān)之間的相