半橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)高端MOSFET驅(qū)動方案選擇：變壓器還是硅芯片？

　　變壓器驅(qū)動方案

　　基于變壓器的高端MOSFET驅(qū)動方案在設(shè)計(jì)過程中涉及到一些重要的考慮因素。例如，由于是對地參考點(diǎn)浮動驅(qū)動，如果設(shè)計(jì)中存在400 V功率因數(shù)校正(PFC)電路，則要保持500 V隔離。此外，要將漏電感減至最小，否則輸出與輸入繞組之間的延遲可能會損壞功率MOSFET。要遵守法拉第定律，保持V*T乘積恒定，否則會飽和。要保持足夠裕量，防止飽和，尤其是在交流高壓輸入和瞬態(tài)負(fù)載的情況下。要使用高磁導(dǎo)率鐵芯，從而將勵磁電流(IM)降至最低。要保持高灌電流(sink current)能力，使開關(guān)速度加快。

　　基于變壓器的驅(qū)動方案包含兩種主要類型，分別是單驅(qū)動(DRV)輸入和雙驅(qū)動輸入，參見圖2a及圖2b。單驅(qū)動輸入方案中，需要增加交流耦合電容(CC)來復(fù)位驅(qū)動變壓器的磁通。這種方案中的門極-源極電壓(VGS)幅度取決于占空比;另外，穩(wěn)態(tài)時-VC關(guān)閉，而在啟動時灌電流能力受限。這種方案需要快速的時間常數(shù)(LM//RGS * CC)，防止由快速瞬態(tài)事件導(dǎo)致的磁通走漏(flux walking)。 另外，在設(shè)計(jì)過程中，也需要留意跳周期模式或欠壓鎖定(UVLO)時耦合電容與驅(qū)動變壓器之間的振鈴，需要使用二極管來抑制振鈴。

　　單驅(qū)動輸入包括帶直流恢復(fù)的單驅(qū)動輸入及帶PNP關(guān)閉的單驅(qū)動輸入。其中，帶直流恢復(fù)的單驅(qū)動輸入在穩(wěn)態(tài)時VGS取決于占空比，但灌電流能力有限;后者則采用PNP晶體管+二極管的組合來幫助改善關(guān)閉(switching off)操作。此外，對單驅(qū)動輸入而言，還不能忽略與門。如果與門驅(qū)動能力有限，要增加圖騰柱(totem-pole)驅(qū)動器。

　　圖2b顯示的是雙極性對稱驅(qū)動輸入方案的電路圖。在這種方案中，兩個輸入(DRVA和DRVB)的極性相反，位置對稱，故不同于單驅(qū)動輸入方案，無需交流耦合電容。這種方案適合推挽型電路，如LLC-HB，但不適合非對稱電路，如非對稱半橋或有源鉗位。這種方案需要注意線路/負(fù)載瞬態(tài)時的驅(qū)動變壓器磁通，仍然需要強(qiáng)大的關(guān)閉能力。需要注意由泄漏電感導(dǎo)致的延遲，將泄漏電感減至最小，并使用雙輸出繞組而非單輸出繞組。這種方案的另一項(xiàng)不足是關(guān)閉電阻(Roff)壓降會導(dǎo)致額外的功率損耗。

　　圖2：單驅(qū)動輸入(a)與雙驅(qū)動輸入(b)變壓器驅(qū)動方案電路對比。

　　綜合來看，變壓器驅(qū)動方案有多項(xiàng)優(yōu)勢，一是變壓器比裸片更強(qiáng)固，二是對雜散噪聲及高dV/dt脈沖較不敏感，當(dāng)然，成本也可能更便宜。但其劣勢是電路復(fù)雜，需要注意極端線路/負(fù)載條件及關(guān)閉模式，且需注意泄漏電感及隔離，還要留意汲電流能力是否夠強(qiáng)。