新型不對稱(chēng)半橋隔離驅動(dòng)電路設計

0 引言

隨著(zhù)電力半導體器件的發(fā)展，出現了多種全控型器件，其中MOSFET以其開(kāi)關(guān)速度快、易并聯(lián)、所需驅動(dòng)功率低等優(yōu)點(diǎn)成為開(kāi)關(guān)電源中最常用的功率開(kāi)關(guān)器件之一。同時(shí)，隨著(zhù)軟開(kāi)關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展，具有結構簡(jiǎn)單、所用元器件少、電壓應力小等優(yōu)點(diǎn)的不對稱(chēng)半橋變換器的應用也越來(lái)越廣泛。而兩路互補導通的驅動(dòng)電路的設計是不對稱(chēng)半橋變換器設計中的一個(gè)重要環(huán)節。本文介紹了幾種常用的不對稱(chēng)半橋MOSFET驅動(dòng)電路，分析了各電路的優(yōu)點(diǎn)和適用場(chǎng)合，并提出其不足之處。最后本文設計了一種新型的不對稱(chēng)半橋隔離驅動(dòng)電路，通過(guò)樣機實(shí)驗，證明這種驅動(dòng)電路不僅結構簡(jiǎn)單、設計合理，而且能夠良好地實(shí)現不對稱(chēng)半橋電路的驅動(dòng)。

1 幾種不對稱(chēng)半橋驅動(dòng)電路介紹及分

1．1 非隔離的不對稱(chēng)半橋驅動(dòng)電路

圖1為常用的小功率驅動(dòng)電路，簡(jiǎn)單可靠成本低，適用于不要求隔離的小功率開(kāi)關(guān)設備。其中一路直接接到下管，另外一路經(jīng)反向器反向后驅動(dòng)上管。RP1，RP2用于調節死區時(shí)間。

1．2 正激式不對稱(chēng)半橋隔離驅動(dòng)電路

文獻提出一種正激式不對稱(chēng)半橋隔離驅動(dòng)電路，如圖2所示。

以正向電路為例，脈沖信號通過(guò)高頻脈沖變壓器耦合去驅動(dòng)功率MOSFET管，次級脈沖電壓為正時(shí)，MOSFET導通，在此期間VT3截止，由其構成的泄放電路不工作。當次級脈沖電壓為零時(shí)，則VT3導通，快速泄放MOSFET柵極電荷，加速MOSFET的截止。R7是用于抑制驅動(dòng)脈沖的尖峰，R9，VD3，R11，VD5，R13可以加速驅動(dòng)并防止驅動(dòng)脈沖產(chǎn)生振蕩。 和與它相連的脈沖變壓器繞組共同構成去磁電路。

該電路實(shí)現了隔離，且能輸出較好的驅動(dòng)波形。但是也存在一些不足之處：①結構復雜，需要雙電源供電(±12V)；②元器件較多，特別是需要兩個(gè)隔離變壓器，不僅占用較大空間，而且增加電路成本。

1．3 專(zhuān)用芯片驅動(dòng)電路

ST公司的L6384是專(zhuān)門(mén)的不對稱(chēng)半橋驅動(dòng)芯片，其原理圖及外圍電路如圖3所示。單脈沖從1腳(IN)輸入，5腳(HVG)和7腳(LVG)輸出互補的脈沖。3腳(DT／ST)外接電阻和電容來(lái)控制兩路輸出的死區時(shí)間。當3腳的電平低于0．5V的時(shí)候，芯片停止工作。專(zhuān)用芯片具有外圍電路簡(jiǎn)單、占用空間小的特點(diǎn)，但由于其成本較高，不適用于低成本設計的產(chǎn)品

2 新型的不對稱(chēng)半橋隔離驅動(dòng)電路

根據以上幾種驅動(dòng)電路，針對傳統隔離驅動(dòng)電路結構復雜、占用空間大和不對稱(chēng)半橋專(zhuān)用芯片驅動(dòng)電路應用的局限性等問(wèn)題，提出了一種新型的不對稱(chēng)半橋隔離驅動(dòng)電路，適用于單脈沖輸出的芯片，具有結構簡(jiǎn)單可靠，占用空間小等特點(diǎn)，并且實(shí)現了電氣隔離，可以運用于中大功率場(chǎng)合。

驅動(dòng)電路如圖4所示，工作頻率由磁芯的特性決定，一般使用高頻磁芯，工作頻率可達100kHZ。原邊VT1，VT2構成的推挽式功放電路。脈沖輸出高電平時(shí)，VT1導通，提供MOS管驅動(dòng)功率；低電平時(shí)，VT2導通，電容上的儲能提供反向脈沖。變壓器副邊輸出的兩路波形經(jīng)調理電路后變成互補的脈沖信號，從而驅動(dòng)MOSFET。驅動(dòng)脈沖為正時(shí)，MOSFET導通，在此期間VT1，VT2截止，由其構成的泄放電路不工作。當次級脈沖電壓為零時(shí)，則VT1，VT2導通，快速泄放MOSFET柵極電荷，加速MOSFET的截止。穩壓管VD1，VD2對脈沖波形正向進(jìn)行削波。

在SABER仿真下，該變壓器副邊N2，N3以及上、下管的驅動(dòng)波形分別如圖5(a)、(b)所示。

該電路具有以下優(yōu)點(diǎn)：①電路結構較簡(jiǎn)單可靠，具有電氣隔離作用。占空比固定時(shí)，通過(guò)合理的參數設計，此驅動(dòng)電路具有較快的開(kāi)關(guān)速度。②該電路只需一個(gè)電源，即為單電源工作。

　3 實(shí)驗和結論

本文設計了一臺不對稱(chēng)半橋變換器樣機：工作頻率為98kHz，輸人電壓為400VDC，輸出電壓為30VDC。測得占空比為0．47時(shí)的驅動(dòng)波形Ug1，Ug1如圖(6)所示。

通過(guò)實(shí)驗驗證，本文提出的新型不對稱(chēng)半橋隔離驅動(dòng)電路不僅結構簡(jiǎn)單、設計合理，且較好地實(shí)現了MOSFET的互補驅動(dòng)，其驅動(dòng)波形具有很好的穩定性，是一款高性能的隔離驅動(dòng)電路。