原创 MOS管驱动变压器隔离电路分析和应用

 2009-11-27 14:00  9371 10 12 分类: 模拟

今天在研究全桥电路，资料和书上谈到的，大多数基于理想的驱动器（立即充电完成）。这里花一些篇幅把MOS管驱动的来龙去脉搞搞清楚。

预计要分几个篇幅：
1.MOS管驱动基础和时间功耗计算
2.MOS管驱动直连驱动电路分析和应用
3.MOS管驱动变压器隔离电路分析和应用
4.MOS管网上搜集到的电路学习和分析

今天主要分析MOS管驱动变压器隔离电路分析和应用和MOS管驱动基础和时间功耗计算。

参考材料：
《Design And Application Guide For High Speed MOSFET Gate Drive Circuits》是一份很好的材料
《MOSFET 驱动器与MOSFET 的匹配设计》也可以借鉴。

首先谈一下变压器隔离的MOS管驱动器：

如果驱动高压MOS管，我们需要采用变压器驱动的方式和集成的高边开关。
这两个解决方案都有自己的优点和缺点，适合不同的应用。
集成高边驱动器方案很方便，优点是电路板面积较小，缺点是有很大的导通和关断延迟。
变压器耦合解决方案的优点是延迟非常低，可以在很高的压差下工作。常它需要更多，缺点是需要很多的元件并且对变压器的运行有比较深入的认识。

变压器常见问题和与MOS管驱动相关的问题：
变压器有两个绕组，初级绕组和次级绕组实现了隔离，初级和次级的匝数比变化实现了电压缩放，对于我们的设计一般不太需要调整电压，隔离却是我们最注重的。

理想情况下，变压器是不储存能量的（反激“变压器”其实是耦合电感）。不过实际上变压器还是储存了少量能量在线圈和磁芯的气隙形成的磁场区域，这种能量表现为漏感和磁化电感。对于功率变压器来说，减少漏感可以减少能量损耗，以提高效率。MOS管驱动器变压器的平均功率很小，但是在开通和关闭的时候传递了很高的电流，为了减少延迟保持漏感较低仍然是必须的。
法拉第定律规定，变压器绕组的平均功率必须为零。即使是很小的直流分量可能会剩磁，最终导致磁芯饱和。这条规则对于单端信号控制的变压器耦合电路的设计有着重大影响。

磁芯饱和限制了我们绕组的伏秒数。我们设计变压器必须考虑最坏情况和瞬时的最大的伏秒数。（在运行状态下，最坏情况和瞬时的，最大占空比和最大电压输入同时发生的情况），唯一我们确定的是变压器有一个稳定的电源电压。
对于单端应用的功率变压器来说，很大一部分开关周期需要保留来保证磁芯的正确复位（正激变换器）。复位时间大小限制电路运行的占空比。不过由于采用交流耦合实现了双向磁化，即使对于单端MOS管驱动变压器也不是问题。

单端变压器耦合MOS管驱动电路