半桥拓扑结搆高端mosfet 驱动方案选择：变压器还是矽晶片？

《半桥拓扑结搆高端mosfet 驱动方案选择：变压器还是矽晶片？》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、半橋拓撲結搆高端MOSFET驅動方案選擇：變壓器還是矽晶片？本文由安森美半導體提供在節能環保意識的影響及世界各地最新效能規範的推動下，提高效能已經成為業界共識。與返馳、順向、雙開關返馳、雙開關順向和全橋等硬開關(hardswitching)技術相比，雙電感加單電容(LLC)、主動箝位返馳、主動箝位順向、非對稱半橋(AHB)及移相全橋等軟開關(softswitching)技術能提供更高的效能。因此，在注重高效能的應用中，軟開關技術越來越受設計人員青睞。另一方面，半橋配置最適合提供高效能/高功率密度的中低功率應用。半橋配

2、置涉及兩種基本類型的MOSFET驅動器，即高端(High-Side)驅動器和低端(Low-Side)驅動器。高端表示MOSFET的源極能夠在地與高壓輸入端之間浮動，而低端表示MOSFET的源極始終接地，參見圖一。圖一LLC半橋拓撲結搆電路圖當高端開關從關閉轉向導通時，MOSFET源極電壓從地電平上升至高壓輸入端電平，這表示施加在MOSFET閘極的電壓也必須隨之浮動上升。這要求某種形式的隔離或浮動閘極驅動電路。與之不同，低端MOSFET的源極始終接地，故閘極驅動電壓也能夠接地參考，這使驅動低端MOSFET的閘極更加簡單

3、。所有軟開關拓撲結搆都應用帶浮接參考接腳(如MOSFET源極接腳)的功率開關。在如圖一所示的LLC半橋拓撲結搆中，高端MOSFET開關連接至高壓輸入端，不能夠採用主電源控制器來驅動，而需要另行選定驅動電路。此驅動電路是控制電路與功率開關之間的接口，將控制訊號放大至驅動功率開關管所要求的電平，並在功率開關管與邏輯電平控制電路之間有要求時提供電氣隔離。高端MOSFET驅動方案常見的有兩種，一是以變壓器為基礎的方案，二是以矽積體電路(IC)驅動器為基礎的方案。本文將分別討論此兩種半橋拓撲結搆高端MOSFET驅動方案的設計考

4、慮因素，並從多個角度比較此兩種驅動方案，及提供安森美半導體的建議方案。變壓器驅動方案以變壓器為基礎的高端MOSFET驅動方案在設計過程中涉及到一些重要的考慮因素。例如，由於是對地參考點浮動驅動，如果設計中存在400V功率因數校正(PFC)電路，則要保持500V隔離。此外，要將漏電感減至最小，否則輸出與輸入繞組之間的延遲可能會損壞功率MOSFET。要遵守法拉第定律，保持V*T乘積恆定，否則會飽和。要保持足夠裕量，防止飽和，尤其是在交流高壓輸入和瞬態負載的情況下。要使用高磁導率鐵芯，從而將勵磁電流(IM)降至最低。要保持

5、高灌電流(sinkcurrent)能力，使開關速度加快。以變壓器為基礎的驅動方案包含兩種主要類型，分別是單驅動(DRV)輸入和雙驅動輸入，參見圖2a及圖2b。單驅動輸入方案中，需要增加交流耦合電容(CC)來重置驅動變壓器的磁通。此種方案中的閘極-源極電壓(VGS)幅度取決於工作週期(dutycycle)；另外，穩態時-VC關閉，而在啟動時灌電流能力受限。此種方案需要快速的時間常數(LM//RGS*CC)，防止由快速瞬態事件導致的磁通走漏(fluxwalking)。另外，在設計過程中，也需要留意跳周期模式或欠壓鎖定(U

6、VLO)時耦合電容與驅動變壓器之間的振鈴，需要使用二極體來抑制振鈴。單驅動輸入包括帶直流恢復的單驅動輸入及帶PNP關閉的單驅動輸入。其中，帶直流恢復的單驅動輸入在穩態時VGS取決於工作週期，但灌電流能力有限；後者則採用PNP電晶體+二極體的組合來幫助改善關閉(switchingoff)操作。此外，對單驅動輸入而言，還不能忽略與門。如果與門驅動能力有限，要增加圖騰柱(totem-pole)驅動器。圖二b顯示的是雙極性對稱驅動輸入方案的電路圖。在此種方案中，兩個輸入(DRVA和DRVB)極性相反，位置對稱，故不同於單驅動

7、輸入方案，無需交流耦合電容。此種方案適合推挽型電路，如LLC-HB，但不適合非對稱電路，如非對稱半橋或主動箝位。此種方案需要注意線路/負載瞬態時的驅動變壓器磁通，仍然需要強大的關閉能力。需要注意由泄漏電感導致的延遲，將泄漏電感減至最小，並使用雙輸出繞組而非單輸出繞組。此種方案的另一不足是關閉電阻(Roff)壓降會導致額外的功率損耗。圖二單驅動輸入(a)與雙驅動輸入(b)變壓器驅動方案電路對比綜合來看，變壓器驅動方案有多項優勢，一是變壓器比裸片更強固，二是對雜散噪聲及高dV/dt脈波較不敏感，當然，成本也可能更便宜。但

8、其劣勢是電路復雜，需要注意極端線路/負載條件及關閉模式，且需注意泄漏電感及隔離，還要留意汲電流能力是否夠強。矽晶片驅動方案與變壓器驅動方案類似，矽積體電路驅動方案也包含單驅動輸入和雙驅動輸入此兩種類型，分別見圖三a及圖三b。不過，這些矽半橋驅動器既能用作高端MOSFET驅動器，也能用作低端MOSFET驅動器。矽晶片高端MOSFET驅動方案採用緊