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  • 單端變壓器耦合MOS管驅(qū)動(dòng)電路解析
    • 發(fā)布時(shí)間:2022-05-13 20:10:44
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    單端變壓器耦合MOS管驅(qū)動(dòng)電路解析
    MOS管隔離驅(qū)動(dòng)電路,如果驅(qū)動(dòng)高壓MOS管,我們需要采用變壓器驅(qū)動(dòng)的方式和集成的高邊開(kāi)關(guān)。
    這兩個(gè)解決方案都有自己的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn),適合不同的應(yīng)用。集成高邊驅(qū)動(dòng)器方案很方便,優(yōu)點(diǎn)是電路板面積較小,缺點(diǎn)是有很大的導(dǎo)通和關(guān)斷延遲。
    變壓器耦合解決方案的優(yōu)點(diǎn)是延遲非常低,可以在很高的壓差下工作。通常它需要更多,缺點(diǎn)是需要很多的元件并且對(duì)變壓器的運(yùn)行有比較深入的認(rèn)識(shí)。
    變壓器常見(jiàn)問(wèn)題和與MOS管驅(qū)動(dòng)相關(guān)的問(wèn)題:
    變壓器有兩個(gè)繞組,初級(jí)繞組和次級(jí)繞組實(shí)現(xiàn)了隔離,初級(jí)和次級(jí)的匝數(shù)比變化實(shí)現(xiàn)了電壓縮放,對(duì)于我們的設(shè)計(jì)一般不太需要調(diào)整電壓,隔離卻是我們注重的。
    理想情況下,變壓器是不儲(chǔ)存能量的(反激“變壓器”其實(shí)是耦合電感)。不過(guò)實(shí)際上變壓器還是儲(chǔ)存了少量能量在線圈和磁芯的氣隙形成的磁場(chǎng)區(qū)域,這種能量表現(xiàn)為漏感和磁化電感。
    對(duì)于功率變壓器來(lái)說(shuō),減少漏感可以減少能量損耗,以提高效率。MOS管驅(qū)動(dòng)器變壓器的平均功率很小,但是在開(kāi)通和關(guān)閉的時(shí)候傳遞了很高的電流,為了減少延遲保持漏感較低仍然是必須的。
    法拉第定律規(guī)定,變壓器繞組的平均功率必須為零。即使是很小的直流分量可能會(huì)剩磁,  終導(dǎo)致磁芯飽和。這條規(guī)則對(duì)于單端信號(hào)控制的變壓器耦合電路的設(shè)計(jì)有著重大影響。
    磁芯飽和限制了我們繞組的伏秒數(shù)。我們?cè)O(shè)計(jì)變壓器必須考慮  壞情況和瞬時(shí)的  大的伏秒數(shù)。(在運(yùn)行狀態(tài)下,  壞情況和瞬時(shí)的,  大占空比和  大電壓輸入同時(shí)發(fā)生的情況),  我們確定的是變壓器有一個(gè)穩(wěn)定的電源電壓。
    對(duì)于單端應(yīng)用的功率變壓器來(lái)說(shuō),很大一部分開(kāi)關(guān)周期需要保留來(lái)保證磁芯的正確復(fù)位(正激變換器)。復(fù)位時(shí)間大小限制電路運(yùn)行的占空比。
    不過(guò)由于采用交流耦合實(shí)現(xiàn)了雙向磁化,即使對(duì)于單端MOS管驅(qū)動(dòng)變壓器也不是問(wèn)題。
    單端變壓器耦合MOS管驅(qū)動(dòng)電路
    MOS管驅(qū)動(dòng)電路
    隔直電容必須在源邊電路,起到的作用是提供重啟電壓,如果沒(méi)有該電容,變壓器的磁化電壓和占空比相關(guān),變壓器磁性可能飽和。
    MOS管驅(qū)動(dòng)電路
    雙端變壓器耦合MOS管驅(qū)動(dòng)電路
    MOS管驅(qū)動(dòng)電路
    MOS管  顯著的特性是開(kāi)關(guān)特性好,所以被廣泛應(yīng)用于需要電子開(kāi)關(guān)的電路中,常見(jiàn)的如開(kāi)關(guān)電源和馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電路,也有照明調(diào)光。
    現(xiàn)在的MOS驅(qū)動(dòng),有幾個(gè)特別的需求:
    1.低壓應(yīng)用
    當(dāng)使用5V電源,這時(shí)候如果使用傳統(tǒng)的圖騰柱結(jié)構(gòu),由于三極管的be只有0.7V左右的壓降,導(dǎo)致實(shí)際  終加載gate上的電壓只有4.3V,這時(shí)候,我們選用標(biāo)稱(chēng)gate電壓4.5V的MOS管就存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。同樣的問(wèn)題也發(fā)生在使用3V或者其他低壓電源的場(chǎng)合。
    2.寬電壓應(yīng)用
    輸入電壓并不是一個(gè)固定值,它會(huì)隨著時(shí)間或者其他因素而變動(dòng)。這個(gè)變動(dòng)導(dǎo)致PWM電路提供給MOS管的驅(qū)動(dòng)電壓是不穩(wěn)定的。為了讓MOS管在高gate電壓下安全,很多MOS管內(nèi)置了穩(wěn)壓管強(qiáng)行限制gate電壓的幅值。
    在這種情況下,當(dāng)提供的驅(qū)動(dòng)電壓超過(guò)穩(wěn)壓管的電壓,就會(huì)引起較大的靜態(tài)功耗。
    同時(shí),如果簡(jiǎn)單的用電阻分壓的原理降低gate電壓,就會(huì)出現(xiàn)輸入電壓比較高的時(shí)候MOS管工作良好,而輸入電壓降低的時(shí)候gate電壓不足,引起導(dǎo)通不夠徹底,從而增加功耗。
    3.雙電壓應(yīng)用
    在一些控制電路中,邏輯部分使用典型的5V或3.3V數(shù)字電壓,而功率部分使用12V甚至更高的電壓。兩個(gè)電壓采用共地方式連接。
    這就提出一個(gè)要求,需要使用一個(gè)電路,讓低壓側(cè)能夠有效的控制高壓側(cè)的MOS管,同時(shí)高壓側(cè)的MOS管也同樣會(huì)面對(duì)1和2提到的問(wèn)題。
    在這三種情況下,圖騰柱結(jié)構(gòu)無(wú)法滿足輸出需求,而很多現(xiàn)成的MOS驅(qū)動(dòng)IC,似乎也沒(méi)有包含gate電壓限制的結(jié)構(gòu)。
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