新型不對稱半橋隔離驅動電路設計

0 引言

隨著電力半導體器件的發展，出現了多種全控型器件，其中MOSFET以其開關速度快、易并聯、所需驅動功率低等優點成為開關電源中最常用的功率開關器件之一。同時，隨著軟開關技術的不斷發展，具有結構簡單、所用元器件少、電壓應力小等優點的不對稱半橋變換器的應用也越來越廣泛。而兩路互補導通的驅動電路的設計是不對稱半橋變換器設計中的一個重要環節。本文介紹了幾種常用的不對稱半橋MOSFET驅動電路，分析了各電路的優點和適用場合，并提出其不足之處。最后本文設計了一種新型的不對稱半橋隔離驅動電路，通過樣機實驗，證明這種驅動電路不僅結構簡單、設計合理，而且能夠良好地實現不對稱半橋電路的驅動。

1 幾種不對稱半橋驅動電路介紹及分

1．1 非隔離的不對稱半橋驅動電路

圖1為常用的小功率驅動電路，簡單可靠成本低，適用于不要求隔離的小功率開關設備。其中一路直接接到下管，另外一路經反向器反向后驅動上管。RP1，RP2用于調節死區時間。

1．2 正激式不對稱半橋隔離驅動電路

文獻提出一種正激式不對稱半橋隔離驅動電路，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動功率MOSFET管，次級脈沖電壓為正時，MOSFET導通，在此期間VT3截止，由其構成的泄放電路不工作。當次級脈沖電壓為零時，則VT3導通，快速泄放MOSFET柵極電荷，加速MOSFET的截止。R7是用于抑制驅動脈沖的尖峰，R9，VD3，R11，VD5，R13可以加速驅動并防止驅動脈沖產生振蕩。 和與它相連的脈沖變壓器繞組共同構成去磁電路。

該電路實現了隔離，且能輸出較好的驅動波形。但是也存在一些不足之處：①結構復雜，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 專用芯片驅動電路

ST公司的L6384是專門的不對稱半橋驅動芯片，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)輸出互補的脈沖。3腳(DT／ST)外接電阻和電容來控制兩路輸出的死區時間。當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，不適用于低成本設計的產品

2 新型的不對稱半橋隔離驅動電路

根據以上幾種驅動電路，針對傳統隔離驅動電路結構復雜、占用空間大和不對稱半橋專用芯片驅動電路應用的局限性等問題，提出了一種新型的不對稱半橋隔離驅動電路，適用于單脈沖輸出的芯片，具有結構簡單可靠，占用空間小等特點，并且實現了電氣隔離，可以運用于中大功率場合。

驅動電路如圖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100kHZ。原邊VT1，VT2構成的推挽式功放電路。脈沖輸出高電平時，VT1導通，提供MOS管驅動功率；低電平時，VT2導通，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調理電路后變成互補的脈沖信號，從而驅動MOSFET。驅動脈沖為正時，MOSFET導通，在此期間VT1，VT2截止，由其構成的泄放電路不工作。當次級脈沖電壓為零時，則VT1，VT2導通，快速泄放MOSFET柵極電荷，加速MOSFET的截止。穩壓管VD1，VD2對脈沖波形正向進行削波。

在SABER仿真下，該變壓器副邊N2，N3以及上、下管的驅動波形分別如圖5(a)、(b)所示。

該電路具有以下優點：①電路結構較簡單可靠，具有電氣隔離作用。占空比固定時，通過合理的參數設計，此驅動電路具有較快的開關速度。②該電路只需一個電源，即為單電源工作。

　3 實驗和結論

本文設計了一臺不對稱半橋變換器樣機：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動電路不僅結構簡單、設計合理，且較好地實現了MOSFET的互補驅動，其驅動波形具有很好的穩定性，是一款高性能的隔離驅動電路。