工作原理
其工作原理大致如下:DSP发出PWM驱动控制信号;驱动信号通过后级推挽等放大电路驱动隔离光藕实现驱动信号的隔离传输功能(隔离光耦将弱信号的控制地和强抖动电平的驱动地隔离,同时也利用光传输对前级驱动的电噪声进行屏蔽和抑制)。由于隔离光耦的输出电流有一定限制,无法直接驱动MOS管,故需通过驱动芯片将其输出电平信号进行整形和电平转化,最后驱动MOS管。
隔离光耦是整个驱动电路的关键器件,其选型需综合考虑最大工作隔离电压、开关速度、CMTI、传输延迟、最大开关频率、成本等指标。另外关于隔离光藕的带宽指标如何选择,其对于相位裕量的影响有多大,目前还不是十分清楚,还有待后续进一步研究。
同时,驱动芯片逻辑的选择也直接取决于电路光藕的选择。以图2中的电路为例,由于H7413Z PFC的开关频率为70KHz,故需选用高速光藕。图2中所选用的逻辑光藕U302的输入输出信号为反逻辑,其输入输出波形示意如图3所示(以PS9317为例)。后级的驱动芯片U303也需选用反逻辑的芯片与之匹配,其输入输出逻辑如图3所示(以UCC27423为例)。
由于DSP的PWM信号幅值和输出电流均有限,无法直接驱动隔离光耦的原边LED,因此需使用电平转换和放大电路,提升驱动能力。并且还需根据所用隔离光耦的VF特性差异,设计不同的前级电路:
通常,隔离光耦的输出电流有一定限制。例如逻辑门光耦HCNW2211的IO小于25mA,即便是栅极驱动光耦FOD3120,其最大输出电流也只有2.5A,无法同时驱动2个SPW47N60C3。因此,光耦输出还需要再加一级放大电路。在调试过程中发现,采用三极管推挽放大,由于强共模干扰的存在,会引起驱动Vgs的高、低电平并不是平直波形,特别是低电平存在杂乱的波动(图9)。如果波动超过开关管的Vgs(th),可能造成误开通。若改用共地驱动芯片,一方面对光耦的输出进行整形,提高栅极驱动Vgs电平的平整度(图10);另一方面利用驱动芯片输入级逻辑电平的滞环,进一步增强对光耦输出干扰信号的抑制能力。此外,驱动芯片一般采用FET图腾柱输出,其开关速度较推挽三极管更快,有利于减小开关损耗。
在图2中,由于隔离光藕U302与驱动芯片U303对供电电源的要求不同,为简化设计,我们通过稳压管D308将14V转化为5.1V给隔离光藕U301供电。D302是驱动芯片的负压钳位二极管;在驱动回路,利用稳压管和电容并联(如D301,C304)形成负压,提高驱动脉冲零电平的抗干扰能力;C301是H7413Z中为防止驱动芯片ENB脚受到干扰导致误关断而增加的,可以根据实际调试情况是否去除。另一种方法可以是,在ENB脚与VDD之间外加大于10Kohm的上拉电阻。