电源电路中的不对称半桥隔离驱动的优点和应用

类别:电源电路 发布于:2017/1/10 | 1936 次阅读

  如今的科技发展日新月异,半导体器件技术也在飞速发展着。各种全控型器件的应运而生加速了开关电源技术的发展,不对称半桥变换器技术逐渐浮上水面。这种技术结构简单,并且只使用少量的元器件,可以说是集各种优点于一身。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。
  几种不对称半桥驱动电路介绍及分析
  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。
  正激式不对称半桥隔离驱动电路
  一种正激式不对称半桥隔离驱动电路,如图2所示。


  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;专用芯片驱动电路
  比如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。


  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、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。
  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。


  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。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,输入电压为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。


  经过本文的验证,这种新型的不对称半桥隔离驱动电路结构不仅简单,并且圆满的实现了与MOS管的的互补驱动,并且这种驱动具有很好稳定性,足以成为一款高性能的驱动电路。希望大家能够充分理解这种全新的驱动电路,并将之充分利用。

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