單端變壓器耦合MOS管驅(qū)動電路分析-KIA MOS管

MOS管隔離驅(qū)動電路，如果驅(qū)動高壓MOS管，我們需要采用變壓器驅(qū)動的方式和集成的高邊開關(guān)。

這兩個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變壓器的運(yùn)行有比較深入的認(rèn)識。

變壓器常見問題和與MOS管驅(qū)動相關(guān)的問題：

變壓器有兩個繞組，初級繞組和次級繞組實(shí)現(xiàn)了隔離，初級和次級的匝數(shù)比變化實(shí)現(xiàn)了電壓縮放，對于我們的設(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，變壓器是不儲存能量的（反激“變壓器”其實(shí)是耦合電感）。不過實(shí)際上變壓器還是儲存了少量能量在線圈和磁芯的氣隙形成的磁場區(qū)域，這種能量表現(xiàn)為漏感和磁化電感。

對于功率變壓器來說，減少漏感可以減少能量損耗，以提高效率。MOS管驅(qū)動器變壓器的平均功率很小，但是在開通和關(guān)閉的時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剩磁，  終導(dǎo)致磁芯飽和。這條規(guī)則對于單端信號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)。我們設(shè)計(jì)變壓器必須考慮  壞情況和瞬時的  大的伏秒數(shù)。（在運(yùn)行狀態(tài)下，  壞情況和瞬時的，  大占空比和  大電壓輸入同時發(fā)生的情況），  我們確定的是變壓器有一個穩(wěn)定的電源電壓。

對于單端應(yīng)用的功率變壓器來說，很大一部分開關(guān)周期需要保留來保證磁芯的正確復(fù)位（正激變換器）。復(fù)位時間大小限制電路運(yùn)行的占空比。

不過由于采用交流耦合實(shí)現(xiàn)了雙向磁化，即使對于單端MOS管驅(qū)動變壓器也不是問題。

單端變壓器耦合MOS管驅(qū)動電路

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。

雙端變壓器耦合MOS管驅(qū)動電路

MOS管  顯著的特性是開關(guān)特性好，所以被廣泛應(yīng)用于需要電子開關(guān)的電路中，常見的如開關(guān)電源和馬達(dá)驅(qū)動電路，也有照明調(diào)光。

現(xiàn)在的MOS驅(qū)動，有幾個特別的需求：

1.低壓應(yīng)用

當(dāng)使用5V電源，這時候如果使用傳統(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，這時候，我們選用標(biāo)稱gate電壓4.5V的MOS管就存在一定的風(fēng)險。同樣的問題也發(fā)生在使用3V或者其他低壓電源的場合。

2.寬電壓應(yīng)用

輸入電壓并不是一個固定值，它會隨著時間或者其他因素而變動。這個變動導(dǎo)致PWM電路提供給MOS管的驅(qū)動電壓是不穩(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)動電壓超過穩(wěn)壓管的電壓，就會引起較大的靜態(tài)功耗。

同時，如果簡單的用電阻分壓的原理降低gate電壓，就會出現(xiàn)輸入電壓比較高的時候MOS管工作良好，而輸入電壓降低的時候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。兩個電壓采用共地方式連接。

這就提出一個要求，需要使用一個電路，讓低壓側(cè)能夠有效的控制高壓側(cè)的MOS管，同時高壓側(cè)的MOS管也同樣會面對1和2提到的問題。

在這三種情況下，圖騰柱結(jié)構(gòu)無法滿足輸出需求，而很多現(xiàn)成的MOS驅(qū)動IC，似乎也沒有包含gate電壓限制的結(jié)構(gòu)。

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