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(多图) 一种新型的不对称半桥隔离驱动电路设计

陈时淦 周洁敏 黄子怡 杨帆?? 2009年04月13日 ?? 收藏0

  0 引言

  随着电力半导体器件的发展,出现了多种全控型器件,其中MOSFET以其开关速度快、易并联、所需驱动功率低等优点成为开关电源中最常用的功率开关器件之一。同时,随着软开关技术的不断发展,具有结构简单、所用元器件少、电压应力小等优点的不对称半桥变换器的应用也越来越广泛。而两路互补导通的驱动电路的设计是不对称半桥变换器设计中的一个重要环节。本文介绍了几种常用的不对称半桥MOSFET驱动电路,分析了各电路的优点和适用场合,并提出其不足之处。最后本文设计了一种新型的不对称半桥隔离驱动电路,通过样机实验,证明这种驱动电路不仅结构简单、设计合理,而且能够良好地实现不对称半桥电路的驱动。

  1 几种不对称半桥驱动电路介绍及分析

  1.1 非隔离的不对称半桥驱动电路

  图1为常用的小功率驱动电路,简单可靠成本低,适用于不要求隔离的小功率开关设备。其中一路直接接到下管,另外一路经反向器反向后驱动上管。RP1,RP2用于调节死区时间。

常用的小功率驱动电路

  1.2 正激式不对称半桥隔离驱动电路

  文献提出一种正激式不对称半桥隔离驱动电路,如图2所示。

正激式不对称半桥隔离驱动电路

  以正向电路为例,脉冲信号通过高频脉冲变压器耦合去驱动功率MOSFET管,次级脉冲电压为正时,MOSFET导通,在此期间VT3截止,由其构成的泄放电路不工作。当次级脉冲电压为零时,则VT3导通,快速泄放MOSFET栅极电荷,加速MOSFET的截止。R7是用于抑制驱动脉冲的尖峰,R9,VD3,R11,VD5,R13可以加速驱动并防止驱动脉冲产生振荡。 和与它相连的脉冲变压器绕组共同构成去磁电路。

  该电路实现了隔离,且能输出较好的驱动波形。但是也存在一些不足之处:①结构复杂,需要双电源供电(±12V);②元器件较多,特别是需要两个隔离变压器,不仅占用较大空间,而且增加电路成本。

  1.3 专用芯片驱动电路

  ST公司的L6384是专门的不对称半桥驱动芯片,其原理图及外围电路如图3所示。单脉冲从1脚(IN)输入,5脚(HVG)和7脚(LVG)输出互补的脉冲。3脚(DT/ST)外接电阻和电容来控制两路输出的死区时间。当3脚的电平低于0.5V的时候,芯片停止工作。专用芯片具有外围电路简单、占用空间小的特点,但由于其成本较高,不适用于低成本设计的产品。

基于L6384的驱动电路

  2 新型的不对称半桥隔离驱动电路

  根据以上几种驱动电路,针对传统隔离驱动电路结构复杂、占用空间大和不对称半桥专用芯片驱动电路应用的局限性等问题,提出了一种新型的不对称半桥隔离驱动电路,适用于单脉冲输出的芯片,具有结构简单可靠,占用空间小等特点,并且实现了电气隔离,可以运用于中大功率场合。

  驱动电路如图4所示,工作频率由磁芯的特性决定,一般使用高频磁芯,工作频率可达100kHZ。原边VT1,VT2构成的推挽式功放电路。脉冲输出高电平时,VT1导通,提供MOS管驱动功率;低电平时,VT2导通,电容上的储能提供反向脉冲。变压器副边输出的两路波形经调理电路后变成互补的脉冲信号,从而驱动MOSFET。驱动脉冲为正时,MOSFET导通,在此期间VT1,VT2截止,由其构成的泄放电路不工作。当次级脉冲电压为零时,则VT1,VT2导通,快速泄放MOSFET栅极电荷,加速MOSFET的截止。稳压管VD1,VD2对脉冲波形正向进行削波。

新型的不对称半桥隔离驱动电路

  在SABER仿真下,该变压器副边N2,N3以及上、下管的驱动波形分别如图5(a)、(b)所示。

SABER仿真驱动波形

  该电路具有以下优点:①电路结构较简单可靠,具有电气隔离作用。占空比固定时,通过合理的参数设计,此驱动电路具有较快的开关速度。②该电路只需一个电源,即为单电源工作。

  3 实验和结论

  本文设计了一台不对称半桥变换器样机:工作频率为98kHz,输人电压为400VDC,输出电压为30VDC。测得占空比为0.47时的驱动波形Ug1,Ug1如图(6)所示。

实验驱动波形图

  通过实验验证,本文提出的新型不对称半桥隔离驱动电路不仅结构简单、设计合理,且较好地实现了MOSFET的互补驱动,其驱动波形具有很好的稳定性,是一款高性能的隔离驱动电路。


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驱动电路? MOSFET? 变压器? L6384?

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