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Buck电源中绝缘栅场效应管的驱动方法

作者:王华彪 魏金玲 常辉 陈亚宁


一、 引言

图一所示的单管降压电源,拓扑很简单,但由于MOSFET的源极电位不固定,驱动不是很容易。本文就斩波电源的不同驱动方式,分别就其电路的复杂性、驱动脉冲质量、价格成本以及工作频率的适应性等方面进行了分析和比较。

二、各种驱动电路分析

1、 电平转换直接驱动


当主电路的供电电压不太高时,可插入图二所示的电平转换驱动电路。这种方法的优点是成本较低,缺点一是当输入电压Vin较高时不易处理好;二是电平移动驱动部分需要电荷泵供电,因此电路比较繁复。

2、 光电耦合器隔离驱动


这是一种常用的方法,如图三所示,优点是电路比较成熟,但光耦次级需要隔离电源,由于光耦的速度不是很快,工作频率不能太高,并可能降低电源的瞬态响应速度。

3、 变换MOSFET的位置,直接驱动


如图四所示,将MOS管移到供电电源的负端,就可用IC输出的信号直接驱动。优点是驱动成本低,缺点一是输出地悬浮,抗干扰性差;二是不能直接引进反馈,需要再加光耦隔离传送。

4、 变压器直接隔离驱动


图5所示这种直接驱动方法的突出优点是成本最低,但由于变压器只能传递交流信号,因此输出的正负脉冲幅值随占空比而变,只适用于占空比在0.5左右、而且变化不大的情况。同时由于变压器的负载是MOS管的输入电容,驱动脉冲的前后沿一般不会很理想。

5、 有源变压器驱动


用变压器传送信号,次级另加隔离电源和放大电路,如图6所示。因为变压器只传送信号,因此响应比较快,工作频率可以很高,次级有源,可以输出比较陡峭的脉冲信号。缺点是要有一路隔离的电源供给。

6、 采用新型隔离驱动组件直接驱动


图7示出的是采用KD103(原CMB3)型驱动模块的斩波电路,该驱动组件是北京落木源公司开发出的单管隔离驱动器。该款驱动器使用变压器隔离,采用分时技术,在输入信号的上升和下降沿传递PWM的信号,在平顶阶段传递能量,因而能够输出陡峭的驱动脉冲。这种驱动方法的优点是使用方便(在MOSFET功率不大时,只要如图7连接就可以了),驱动脉冲质量好,工作频率高,体积较小,输入电压最高可达1000V,价格也比较便宜。缺点是工作频率低时要求的变压器体积比较大,同时成本稍高些,但考虑到简化了设计、并降低了装配成本,总成本可能还要低些。

三、结语

下表总结了上面的分析,可以看出,在大多数情况下,采用KD103(原CMB3)专用斩波隔离驱动器是较佳的选择。

 

电平移位驱动

光耦隔离驱动

MOS管移位驱动

变压器直接驱动

有源变压器驱动

TX-KD模块驱动

最高工作频率

比较高 不高,受限于光耦 比较高

最低工作频率

可以很低 可以很低 可以很低 不能很低 不能很低 不能很低
脉冲延时 较大 基本无延时 中等 很小 很小

驱动设计量

中等 小,但反馈设计量加大 中等

装配工作量

中等 中等 中等
驱动部分成本 中等 最低 中等 中等
占空比变化范围 比较大
高压工作 较高不易 不宜较高

 

 

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