一種新型的不對稱半橋隔離驅(qū)動電路設(shè)計

0 引言
    隨著電力半導(dǎo)體器件的發(fā)展，出現(xiàn)了多種全控型器件，其中MOSFET以其開關(guān)速度快、易并聯(lián)、所需驅(qū)動功率低等優(yōu)點成為開關(guān)電源中最常用的功率開關(guān)器件之一。同時，隨著軟開關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展，具有結(jié)構(gòu)簡單、所用元器件少、電壓應(yīng)力小等優(yōu)點的不對稱半橋變換器的應(yīng)用也越來越廣泛。而兩路互補(bǔ)導(dǎo)通的驅(qū)動電路的設(shè)計是不對稱半橋變換器設(shè)計中的一個重要環(huán)節(jié)。本文介紹了幾種常用的不對稱半橋MOSFET驅(qū)動電路，分析了各電路的優(yōu)點和適用場合，并提出其不足之處。最后本文設(shè)計了一種新型的不對稱半橋隔離驅(qū)動電路，通過樣機(jī)實驗，證明這種驅(qū)動電路不僅結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計合理，而且能夠良好地實現(xiàn)不對稱半橋電路的驅(qū)動。

1 幾種不對稱半橋驅(qū)動電路介紹及分析
1．1 非隔離的不對稱半橋驅(qū)動電路
    圖1為常用的小功率驅(qū)動電路，簡單可靠成本低，適用于不要求隔離的小功率開關(guān)設(shè)備。其中一路直接接到下管，另外一路經(jīng)反向器反向后驅(qū)動上管。RP1，RP2用于調(diào)節(jié)死區(qū)時間。

1．2 正激式不對稱半橋隔離驅(qū)動電路
    文獻(xiàn)提出一種正激式不對稱半橋隔離驅(qū)動電路，如圖2所示。

    以正向電路為例，脈沖信號通過高頻脈沖變壓器耦合去驅(qū)動功率MOSFET管，次級脈沖電壓為正時，MOSFET導(dǎo)通，在此期間VT3截止，由其構(gòu)成的泄放電路不工作。當(dāng)次級脈沖電壓為零時，則VT3導(dǎo)通，快速泄放MOSFET柵極電荷，加速MOSFET的截止。R7是用于抑制驅(qū)動脈沖的尖峰，R9，VD3，R11，VD5，R13可以加速驅(qū)動并防止驅(qū)動脈沖產(chǎn)生振蕩。 和與它相連的脈沖變壓器繞組共同構(gòu)成去磁電路。
    該電路實現(xiàn)了隔離，且能輸出較好的驅(qū)動波形。但是也存在一些不足之處：①結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要雙電源供電(±12V)；②元器件較多，特別是需要兩個隔離變壓器，不僅占用較大空間，而且增加電路成本。
1．3 專用芯片驅(qū)動電路
    ST公司的L6384是專門的不對稱半橋驅(qū)動芯片，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(bǔ)的脈沖。3腳(DT／ST)外接電阻和電容來控制兩路輸出的死區(qū)時間。當(dāng)3腳的電平低于0．5V的時候，芯片停止工作。專用芯片具有外圍電路簡單、占用空間小的特點，但由于其成本較高，不適用于低成本設(shè)計的產(chǎn)品。

2 新型的不對稱半橋隔離驅(qū)動電路
    根據(jù)以上幾種驅(qū)動電路，針對傳統(tǒng)隔離驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、占用空間大和不對稱半橋?qū)Ｓ眯酒?qū)動電路應(yīng)用的局限性等問題，提出了一種新型的不對稱半橋隔離驅(qū)動電路，適用于單脈沖輸出的芯片，具有結(jié)構(gòu)簡單可靠，占用空間小等特點，并且實現(xiàn)了電氣隔離，可以運(yùn)用于中大功率場合。[!--empirenews.page--]
    驅(qū)動電路如圖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(dá)100kHZ。原邊VT1，VT2構(gòu)成的推挽式功放電路。脈沖輸出高電平時，VT1導(dǎo)通，提供MOS管驅(qū)動功率；低電平時，VT2導(dǎo)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(diào)理電路后變成互補(bǔ)的脈沖信號，從而驅(qū)動MOSFET。驅(qū)動脈沖為正時，MOSFET導(dǎo)通，在此期間VT1，VT2截止，由其構(gòu)成的泄放電路不工作。當(dāng)次級脈沖電壓為零時，則VT1，VT2導(dǎo)通，快速泄放MOSFET柵極電荷，加速MOSFET的截止。穩(wěn)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(qū)動波形分別如圖5(a)、(b)所示。

    該電路具有以下優(yōu)點：①電路結(jié)構(gòu)較簡單可靠，具有電氣隔離作用。占空比固定時，通過合理的參數(shù)設(shè)計，此驅(qū)動電路具有較快的開關(guān)速度。②該電路只需一個電源，即為單電源工作。

3 實驗和結(jié)論
    本文設(shè)計了一臺不對稱半橋變換器樣機(jī)：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時的驅(qū)動波形Ug1，Ug1如圖(6)所示。
    通過實驗驗證，本文提出的新型不對稱半橋隔離驅(qū)動電路不僅結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計合理，且較好地實現(xiàn)了MOSFET的互補(bǔ)驅(qū)動，其驅(qū)動波形具有很好的穩(wěn)定性，是一款高性能的隔離驅(qū)動電路。