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MOSFET结构及其工作原理详解

2013-03-28 15:37
路过的码农
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  4.1.2隔离的驱动电路

正激驱动电路

正激驱动电路

  (1)正激式驱动电路。电路原理如图(a)所示,N3为去磁绕组,S2为所驱动的功率管。R2为防止功率管栅极、源极端电压振荡的一个阻尼电阻。因不要求漏感较小,且从速度方面考虑,一般R2较小,故在分析中忽略不计。

  其等效电路图如图(b)所示脉冲不要求的副边并联一电阻R1,它做为正激变换器的假负载,用于消除关断期间输出电压发生振荡而误导通。同时它还可以作为功率MOSFET关断时的能量泄放回路。该驱动电路的导通速度主要与被驱动的S2栅极、源极等效输入电容的大小、S1的驱动信号的速度以及S1所能提供的电流大小有关。由仿真及分析可知,占空比D越小、R1越大、L越大,磁化电流越小,U1值越小,关断速度越慢。该电路具有以下优点:

  ①电路结构简单可靠,实现了隔离驱动。

  ②只需单电源即可提供导通时的正、关断时负压。

  ③占空比固定时,通过合理的参数设计,此驱动电路也具有较快的开关速度。

  该电路存在的缺点:一是由于隔离变压器副边需要噎嗝假负载防振荡,故电路损耗较大;二是当占空比变化时关断速度变化较大。脉宽较窄时,由于是储存的能量减少导致MOSFET栅极的关断速度变慢。

  MOSFET栅极的关断速度变慢。

有隔离变压器的互补驱动电路

有隔离变压器的互补驱动电路

  (2)有隔离变压器的互补驱动电路。如图10所示,V1、V2为互补工作,电容C起隔离直流的作用,T1为高频、高磁率的磁环或磁罐。

  导通时隔离变压器上的电压为(1-D)Ui、关断时为DUi,若主功率管S可靠导通电压为12V,而隔离变压器原副边匝比N1/N2为12/(1-D)/Ui。为保证导通期间GS电压稳定C值可稍取大些。该电路具有以下优点:

  ①电路结构简单可靠,具有电气隔离作用。当脉宽变化时,驱动的关断能力不会随着变化。

  ②该电路只需一个电源,即为单电源工作。隔直电容C的作用可以在关断所驱动的管子时提供一个负压,从而加速了功率管的关断,且有较高的抗干扰能力。

  但该电路存在的一个较大缺点是输出电压的幅值会随着占空比的变化而变化。当D较小时,负向电压小,该电路的抗干扰性变差,且正向电压较高,应该注意使其幅值不超过MOSFET栅极的允许电压。当D大于0.5时驱动电压正向电压小于其负向电压,此时应该注意使其负电压值不超过MOAFET栅极允许电压。所以该电路比较适用于占空比固定或占空比变化范围不大以及占空比小于0.5的场合。

  (3)集成芯片UC3724/3725构成的驱动电路

集成芯片UC3724/3725构成的驱动电路

集成芯片UC3724/3725构成的驱动电路

  电路构成如图所示。其中UC3724用来产生高频载波信号,载波频率由电容CT和电阻RT决定。一般载波频率小于600kHz,4脚和6脚两端产生高频调制波,经高频小磁环变压器隔离后送到UC3725芯片7、8两脚经UC3725进行调制后得到驱动信号,UC3725内部有一肖特基整流桥同时将7、8脚的高频调制波整流成一直流电压供驱动所需功率。一般来说载波频率越高驱动延时越小,但太高抗干扰变差;隔离变压器磁化电感越大磁化电流越小,UC3724发热越少,但太大使匝数增多导致寄生参数影响变大,同样会使抗干扰能力降低。根据实验数据得出:对于开关频率小于100kHz的信号一般取(400~500)kHz载波频率较好,变压器选用较高磁导如5K、7K等高频环形磁芯,其原边磁化电感小于约1毫亨左右为好。这种驱动电路仅适合于信号频率小于100kHz的场合,因信号频率相对载波频率太高的话,相对延时太多,且所需驱动功率增大,UC3724和UC3725芯片发热温升较高,故100kHz以上开关频率仅对较小极电容的MOSFET才可以。对于1kVA左右开关频率小于100kHz的场合,它是一种良好的驱动电路。该电路具有以下特点:单电源工作,控制信号与驱动实现隔离,结构简单尺寸较小,尤其适用于占空比变化不确定或信号频率也变化的场合。

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