半橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)高端MOSFET驅(qū)動(dòng)方案選擇：變壓器還是硅芯片
在節(jié)能環(huán)保意識的鞭策及世界各地最新能效規(guī)范的推動(dòng)下，提高能效已經(jīng)成為業(yè)界共識。與反激、正激、雙開關(guān)反激、雙開關(guān)正激和全橋等硬開關(guān)技術(shù)相比，雙電感加單電容(LLC)、有源鉗位反激、有源鉗位正激、非對稱半橋(AHB)及移相全橋等軟開關(guān)技術(shù)能提供更高的能效。因此，在注重高能效的應(yīng)用中，軟開關(guān)技術(shù)越來越受設(shè)計(jì)人員青睞。
另一方面，半橋配置最適合提供高能效/高功率密度的中低功率應(yīng)用。半橋配置涉及兩種基本類型的MOSFET驅(qū)動(dòng)器，即高端(High-Side)驅(qū)動(dòng)器和低端(Low-Side)驅(qū)動(dòng)器。高端表示MOSFET的源極能夠在地與高壓輸入端之間浮動(dòng)，而低端表示MOSFET的源極始終接地，參見圖1。當(dāng)高端開關(guān)從關(guān)閉轉(zhuǎn)向?qū)〞r(shí)，MOSFET源極電壓從地電平上升至高壓輸入端電平，這表示施加在MOSFET門極的電壓也必須隨之浮動(dòng)上升。這要求某種形式的隔離或浮動(dòng)門驅(qū)動(dòng)電路。與之不同，低端MOSFET的源極始終接地，故門驅(qū)動(dòng)電壓也能夠接地參考，這使驅(qū)動(dòng)低端MOSFET的門極更加簡單。
圖1：LLC半橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)電路圖。
所有軟開關(guān)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)都應(yīng)用帶浮接參考引腳(如MOSFET源極引腳)的功率開關(guān)。在如圖1所示的LLC半橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，高端MOSFET開關(guān)連接至高壓輸入端，不能夠采用主電源控制器來驅(qū)動(dòng)，而需要另行選定驅(qū)動(dòng)電路。這驅(qū)動(dòng)電路是控制電路與功率開關(guān)之間的接口，將控制信號放大至驅(qū)動(dòng)功率開關(guān)管所要求的電平，并在功率開關(guān)管與邏輯電平控制電路之間有要求時(shí)提供電氣隔離。高端MOSFET驅(qū)動(dòng)方案常見的有兩種，一是基于變壓器的方案，二是基于硅集成電路(IC)驅(qū)動(dòng)器的方案。本文將分別討論這兩種半橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)高端MOSFET驅(qū)動(dòng)方案的設(shè)計(jì)考慮因素，并從多個(gè)角度比較這兩種驅(qū)動(dòng)方案，及提供安森美半導(dǎo)體的建議方案。
變壓器驅(qū)動(dòng)方案
基于變壓器的高端MOSFET驅(qū)動(dòng)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(dòng)驅(qū)動(dòng)，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(huì)損壞功率MOSFET。要遵守法拉第定律，保持V*T乘積恒定，否則會(huì)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(lì)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(dòng)方案包含兩種主要類型，分別是單驅(qū)動(dòng)(DRV)輸入和雙驅(qū)動(dòng)輸入，參見圖2a及圖2b。單驅(qū)動(dòng)輸入方案中，需要增加交流耦合電容(CC)來復(fù)位驅(qū)動(dòng)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(shí)-VC關(guān)閉，而在啟動(dòng)時(shí)灌電流能力受限。這種方案需要快速的時(shí)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)
