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Buck電源中絕緣柵場效應管的驅動方法

作者:王華彪 魏金玲 常輝 陳亞寧


一、 引言

圖一所示的單管降壓電源,拓撲很簡單,但由于MOSFET的源極電位不固定,驅動不是很容易。本文就斬波電源的不同驅動方式,分別就其電路的復雜性、驅動脈沖質量、價格成本以及工作頻率的適應性等方面進行了分析和比較。

二、各種驅動電路分析

1、 電平轉換直接驅動


當主電路的供電電壓不太高時,可插入圖二所示的電平轉換驅動電路。這種方法的優點是成本較低,缺點一是當輸入電壓Vin較高時不易處理好;二是電平移動驅動部分需要電荷泵供電,因此電路比較繁復。

2、 光電耦合器隔離驅動


這是一種常用的方法,如圖三所示,優點是電路比較成熟,但光耦次級需要隔離電源,由于光耦的速度不是很快,工作頻率不能太高,并可能降低電源的瞬態響應速度。

3、 變換MOSFET的位置,直接驅動


如圖四所示,將MOS管移到供電電源的負端,就可用IC輸出的信號直接驅動。優點是驅動成本低,缺點一是輸出地懸浮,抗干擾性差;二是不能直接引進反饋,需要再加光耦隔離傳送。

4、 變壓器直接隔離驅動


圖5所示這種直接驅動方法的突出優點是成本最低,但由于變壓器只能傳遞交流信號,因此輸出的正負脈沖幅值隨占空比而變,只適用于占空比在0.5左右、而且變化不大的情況。同時由于變壓器的負載是MOS管的輸入電容,驅動脈沖的前后沿一般不會很理想。

5、 有源變壓器驅動


用變壓器傳送信號,次級另加隔離電源和放大電路,如圖6所示。因為變壓器只傳送信號,因此響應比較快,工作頻率可以很高,次級有源,可以輸出比較陡峭的脈沖信號。缺點是要有一路隔離的電源供給。

6、 采用新型隔離驅動組件直接驅動


圖7示出的是采用KD103(原CMB3)型驅動模塊的斬波電路,該驅動組件是北京落木源公司開發出的單管隔離驅動器。該款驅動器使用變壓器隔離,采用分時技術,在輸入信號的上升和下降沿傳遞PWM的信號,在平頂階段傳遞能量,因而能夠輸出陡峭的驅動脈沖。這種驅動方法的優點是使用方便(在MOSFET功率不大時,只要如圖7連接就可以了),驅動脈沖質量好,工作頻率高,體積較小,輸入電壓最高可達1000V,價格也比較便宜。缺點是工作頻率低時要求的變壓器體積比較大,同時成本稍高些,但考慮到簡化了設計、并降低了裝配成本,總成本可能還要低些。

三、結語

下表總結了上面的分析,可以看出,在大多數情況下,采用KD103(原CMB3)專用斬波隔離驅動器是較佳的選擇。

 

電平移位驅動

光耦隔離驅動

MOS管移位驅動

變壓器直接驅動

有源變壓器驅動

TX-KD模塊驅動

最高工作頻率

比較高 不高,受限于光耦 比較高

最低工作頻率

可以很低 可以很低 可以很低 不能很低 不能很低 不能很低
脈沖延時 較大 基本無延時 中等 很小 很小

驅動設計量

中等 小,但反饋設計量加大 中等

裝配工作量

中等 中等 中等
驅動部分成本 中等 最低 中等 中等
占空比變化范圍 比較大
高壓工作 較高不易 不宜較高

 

 

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