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浮驱的技巧

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nc965
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  • 2011-6-24 09:19:38
最近好几个贴在浮驱问题上纠结,其实浮驱的结症在于如何在被驱动的MOSFET的S脚形成有效(足够电平和稳定)的驱动电平,解决的思路应该围绕这一点(S脚)展开。
现将我几个回帖的解决方案集中到这里,其特点是不用光耦和脉冲变压器隔离驱动,欢迎大家讨论。
一、Buck驱动
典型的Buck的MOSFET的S脚电平是浮动的,怎么驱动呢?



增加D1、L2、C3的目的只是为了提供一个在MOS导通期间保持足够的、相对S脚的驱动电压。
其中二极管正向为C3充电,反向保持C3上的电压不减,L2的电感是保证Buck拓扑不高频短路,远大于Buck电感即可,不用也行(此时D1要用4148这类的高频管)。C3的大小要能稳定驱动电压就行了。所有这些元件的电流应力和该电路的驱动电流是同一个数量级,就那么一点点(几个mA)。
C3上的电荷来至Vin,在MOS的S脚处于低电平的时候充电,即续流二极管正向导通时充电,充电幅度要满足驱动电压,应该有10V以上才好,该电压取决于输入电压,如果输入电压太低,可能得不到足够的驱动电压,不行的话还要倍压一下。如果输入电压太高,可以在二极管上串一个稳压管,使C3上的电压不要超过20V。
驱动电路只是示意,频率较高时应该改成图腾柱电路。
nc965
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  • 2011-6-24 09:30:38
 
二、直流多电平电容隔离驱动



原理:
无驱动时C2左边的电压=0,通过D2、R4、R2为其充电,因为电池电压基本上是稳定的,所以C2很快被充电,右边电压稳定在U7+电压上,比如是100V;
这时如果I/O6有驱动,使C2左边提升了14V,由于电容两端的电压不能突变,因此该电压就传递到C2右边,达到114V,相对U2的S脚就是14V,管子导通。

这种驱动方式的几个要点:
1、MOS的S脚一定是直接接在一个(相对驱动地)稳定的电压上(比如电池或者电解),换句话说,凡是MOS的S脚电压是稳定的,都可以这样驱动。再换句话说,左右两边必须共地,不能隔离。
2、MOS只有常关和PWM驱动两个工况,不能常开。或者只有常开和PWM驱动两个工况,不能常关。
3、GS间一定要有个泄放电阻,形成(唯一的)直流泄放通道。
4、左右两边的端口必须做好(二极管或者稳压管)钳位,马虎不得。
5、保证:Cu7>>C2>>Cgs


ymshine:
您好!我问一下:我就是用的电容隔离法驱动的MOSFET,但是我测得mosfet的Vgs的波形是:有正负的,低电平时可以达到-10V,而高电平时大概+5V,怎样才能让驱动电压整体提高10V左右(低电平时0V,高电平时15V)呢?是在mosfet的门级处加点什么元件呢?

nc965:
靠钳位二极管的钳位电压来调整正负脉冲幅度,比如D2正接到U2的S脚,负电压就被钳位到-0.7V了,剩下的就是正电压。注意:钳位幅度要稍大于驱动脉冲电平幅度,不然驱动负载就重了。
ymshine
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LV3
助理工程师
  • 2011-6-25 20:03:57
 
关键是我想提高高电平时的正向电压啊,现在只有+5V,而低电平我确实用二极管钳位了。
nc965
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  • 2011-6-26 09:02:40
 
注意钳位电压,加大驱动电压
nc965
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  • 2011-6-27 00:12:28
 
仿了一下,只要钳位适当,波形很好啊,大小占空比波形都不乱,比变压器隔离驱动规矩得多。

sspipipipi
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LV3
助理工程师
  • 2014-7-11 18:54:04
 
你这图上,NMOS的s端+110V电,d端100V电,管子内部体二极管居然没有直通?
nc965
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  • 2014-7-12 15:18:11
 
DS画反了
long223349
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高级工程师
  • 2014-11-2 18:59:45
 
/*********** 广告已删除 ***********/
long223349
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高级工程师
  • 2014-11-2 22:39:14
 
#广告已删除#
gxg1122
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  • 2015-12-25 13:45:01
 
学习楼主的技巧了,感谢楼主的经验分享
shiyunping
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LV8
副总工程师
  • 2016-4-22 10:51:19
 
仿真波形没有错,但都不是真实的波形。因此在实际应用过程中因为负载的变化,使得仿真波形变幻莫测,失去意义。
jafck
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  • 2011-6-28 15:05:53
 
看不懂啊,这D4二极管上面的开关是人手工控制?
nc965
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  • 2011-7-1 14:10:51
 
D4上面不是开关,是去一个钳位点,省略示意了一下。
钜微电源-小罗
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LV8
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  • 2013-12-17 12:51:03
 
学习,浮驱一直搞的晕晕的,感谢楼主
星宇
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  • 2014-5-14 21:36:23
 
好贴,顶一下!
q872529868
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  • 2015-10-10 22:36:03
 
我也遇到驱动电平里面有一半是负电压的问题,我不太理解“比如D2正接到U2的S脚,负电压就被钳位到-0.7V了,剩下的就是正电压
难道是这样接吗?

nc965
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  • 2015-10-10 22:39:50
 
是的
q872529868
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高级工程师
  • 2015-10-10 22:53:47
 
这个电路也是有问题。是不是驱动IC输出也要加二极管

QQ截图20151010225052.png
S极接GND
QQ截图20151010225104.png
S极不是接GND

要加什么二极管,肖特基?W1是稳压二极管吗?




本帖最后由 q872529868 于 2015-10-10 22:55 编辑

nc965
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  • 2015-10-11 12:12:07
 
这个电路是仿过的,应该没有啥问题,驱动 IC(MCU)内部一般都有二级管,可以不加。
S级一般是与GND之间是有直流电平的,这个直流电平可以是电池、也可以是大容量电容。
最下面一级MOS的S极是接GND的,这一级可以直接驱动,也可以如图驱动。
W1是稳压管,与上图两个二极管的作用是等效的,保护驱动电路不过压。
二极管顺便啥型号都行,比如4148、4007
本帖最后由 nc965 于 2015-10-11 20:19 编辑

q872529868
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高级工程师
  • 2015-10-11 15:17:57
 
QQ截图20151011151537.png
仿真可以运行,但是实际电路中PWM正负各一半,还有个奇怪的现象,我用手指摸GND或者G极时MOS能导通,但是波形不会变。
q872529868
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高级工程师
  • 2015-10-11 17:57:32
 
谢谢你的回复,现在MOS已经能正常开关了,但是波形好像有点问题 IMG_20151011_175249.jpg
这是G机波形有问题吗?
隔离电容该怎么取值?
谢谢。
nc965
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  • 2015-10-11 20:22:44
 
波形正常啊,没见什么问题,只有正,没有负,不正是你想要的吗?
隔离电容的取值原则见2楼5项
小胜
  • 小胜
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高级工程师
  • 2015-12-9 09:31:35
 
牛逼
blueskyy
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  • 2011-6-24 09:44:09
 
nc965
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  • 2011-6-24 09:55:56
 
陆版主也贡献了几个电路:
图1:


图2:


图3:
eric.wentx
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  • 2011-6-24 10:10:41
 
这几个图有用,学习了,浮驱...一直在晕晕地...
Coming.Lu
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  • 2011-6-24 10:38:55
 
图进来了,人也进来踩两脚,留个记号。
cardiopathy
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  • 2011-11-2 17:49:17
 
第一个图 我也分析不出上拉电流怎么走的
第二个图 是把输入电压减半来驱动,按理说到40V 不知为啥能到45V
第三个图 就简单些了 只是如果开能占空比过大或全开,就不适合用了
Coming.Lu
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  • 2011-11-2 20:14:25
 
图二那有一个恒流源。别的就不多说了。
wayhe
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  • 2011-12-2 14:52:23
 
图1中的Q18在MOS管关断初始阶段,集电结是不是比较脆弱?
allen-leon
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  • 2011-6-27 08:31:34
 
请问图形2的驱动方法量产了么???
8~45V输入,P-mos的Vgs 能保证在+-25V/20V?
allen-leon
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  • 2011-6-27 13:36:34
 
请问陆工,这三种驱动各有什么优缺点??
Coming.Lu
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  • 2011-6-27 14:14:14
 
这个我不方便讨论啊。原则来讲,我已经……
朴华
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  • 2011-7-28 07:25:16
 
再来学习一下~
lianghao9041
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  • 2013-4-12 18:22:04
 
学习了,给力的电路!
sspipipipi
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助理工程师
  • 2014-7-11 14:17:13
 
[size=14.399999618530273px]能否解释下图1和图3中2N7002的作用呢,如果换成施密特触发器或者非门可以不
l456789
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本网技工
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  • 2019-8-29 20:04:36
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学习收藏了。
blueskyy
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总工程师
  • 2011-6-24 10:18:59
 
对于顶楼的图,有几个问题请教斑竹:
1.稳定状态时,并且三极管开通时 :L2,C3相交的节点的电压 = Vin
这样输入电压低(和输出相差不多)的时候,如何能能浮驱动?
2。 如果1。的分析错误,讨教在三极管开通的时候,C3是放电还是充电?
nc965
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  • 2011-6-24 10:23:52
 
C3的电压有个建立过程,建立后高于Vin
三极管开通的时候,C3是放电
blueskyy
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总工程师
  • 2011-6-24 10:35:02
 
在三极管开通的时候(S此时是0V 左右),C3的电压都能高于Vin。
那么电感L2:在整个周期就始终是反压。又因为二极管(d1)反向电流截止,因此电感始终没有电流的。但是,三极管开通的时候,C3是放电(你的意见~),电容的能量只出 不进 (电感始终没有电流),如何能始终维持在高于Vin的状态?
YTDFWANGWEI
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  • 2011-6-24 10:39:57
 
三极管导通的时候,是MOS管关断的时候,此时如果二极管(主回路)也关断,那么BUCK电感电流怎么走?原因很简单,就是三极管导通开始阶段,主回路二极管是必须导通的。
blueskyy
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  • 2011-6-24 10:42:45
 
我上楼说的二极管是L2处的二极管d1 ~
YTDFWANGWEI
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  • 2011-6-24 10:46:33
 
在三极管开通的时候(S此时是0V 左右),C3的电压都能高于Vin....谁给他充的电,能让他电压比VIN还高?如果比VIN还高的话,那就没必要继续充电,等电压比VIN低了再充就行。
blueskyy
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  • 2011-6-24 10:49:22
 
请参照6楼 ;李斑竹的原话 ~
C3的电压有个建立过程,建立后高于Vin (这是李斑竹说的。。。
YTDFWANGWEI
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  • 2011-6-24 11:06:21
 
那就没不要充了,其实电容上电压只要高于MOS管启动电压一定值后充不充都无所谓了,理解原理,没必要追求细节。也许LC形成谐振?
blueskyy
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总工程师
  • 2011-6-24 10:46:04
 
回6楼 (帖子太热了,找楼不方便 哈哈)
我5楼笔误,写错了。是开通(已经红字更正)
YTDFWANGWEI
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  • 2011-6-24 10:24:58
 
考虑二极管导通时候,C3两端的电压,如果断续,这个电路驱动就有问题了。跟输入与输出电压差无关。
nc965
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  • 2011-6-24 10:27:00
 
c3是滤波电容,端电压基本稳定
YTDFWANGWEI
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  • 2011-6-24 10:37:47
 
我想我明白了,主要是电容足够大。
blueskyy
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LV10
总工程师
  • 2011-6-24 10:38:58
 
请分析下9楼 ,电容的电压如何能稳定??
blueskyy
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LV10
总工程师
  • 2011-6-24 10:38:00
 
斑竹,方便分析参考,请将电容C3的波形也仿出来吧,谢谢~
nc965
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  • 2011-6-24 11:30:49
 
C3是滤波电容,波形差不多是直流,开机立即建立,通过二极管、电感、电感、负载充电
nc965
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  • 2011-6-24 11:15:30
 
你们想看什么波形?

gaohq
  • gaohq
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  • 2011-6-24 11:33:58
 
把几个波形图搞在一个框里,或者把仿真文件传上来吧。
nc965
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  • 2011-6-24 12:22:54
 
这么简单的图,自己仿吧。
gaohq
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LV8
副总工程师
  • 2011-6-24 13:14:22
 
郁闷哦,我仿真这样设置


结果出错

fuzhaoguo
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本网技师
  • 2011-7-18 14:38:45
 
请问你用的是什么仿真软件,那有下
拒绝变帅
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总工程师
  • 2011-7-18 15:57:14
 
saber ,到仿真区搜下,我有共享。
blueskyy
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  • 2011-6-24 11:58:38
 
输入源电压 = 19 V
C3 左仿真的结果也是19V(三极管ON时刻)
5楼 理论分析 1。是对的 ~
电容两端的压将不可能比Vin要高 ,
李斑竹:电感L2的优势在哪里呢?能倍压吗?
blueskyy
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总工程师
  • 2011-6-24 12:01:13
 
能仿真太好了,羡慕中。。。
如其临渊羡鱼,不如退而结网。(哎,没毅力呀
nc965
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  • 2011-6-24 12:20:54
 
我看蓝天小弟喜欢钻研问题,仿真是一定得学的,也不难哈,老夫都奔6了,还在学。
blueskyy
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总工程师
  • 2011-6-24 14:00:10
 
敬佩 斑竹~
想想我自己。。。
micropower
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  • 2011-6-26 00:35:59
 
佩服啊!下次我不敢再叫你小李了。不知前辈为何如此热忠于电子技术研究,有时候我也会想我会做到什么时候。
几年前我也强调仿真的重要性,但很多人都认为没有太多意义,做个实物实验最实在,现在我相信很多人已经意识到了仿真的重要性了。
nc965
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  • 2011-6-24 12:06:48
 
L2的本意是避免上述电路的加入引起Buck拓扑高频短路,首先保证拓扑成立这是一般的设计思路。
但是这里增加的电路似乎并没有破坏Buck拓扑,所以L2是可以取消的。测试的差距为,有L2,D1电流1mA,没有3mA。
L2没有倍压的意思,倍压还没有思路。不过越是低压的应用和采用更低耐压的MOSFET,其Vgs越低,看有没有倍压的必要?
C2左边(不是两端)的电压不低于输入电压,自举的意思。
blueskyy
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总工程师
  • 2011-6-24 14:18:05
 
李斑竹啊, 您仿的这个是没有L2的。
如果加了L2呢(象您顶楼的原图),C3左的电压波形是什么样的?切盼 ~
nc965
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  • 2011-6-24 14:33:53
 
电压波形没什么区别,回路电流大小有不同
blueskyy
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总工程师
  • 2011-6-24 15:41:53
 
谢谢您~
按照我的思路和理论分析:
1。在三极管ON 的时候,其实C3的左边电位是在Vin附近很小范围的跌落(从2Vin 突跳到Vin,然后从Vin继续向下小范围内下跌)。此时电感是充电的。电容左边的电位下降(从Vin继续向下小范围内下跌)的幅度决定于:r2(1K)电阻的大小和L2的大小以及三极管ON的时间
2。在三极管OFF 的时候,电感在1。步的储能释放到了电容C3上(也就是电容C3两端的电压 刷新到Vin,弥补了1。步电容的电压跌落),同时L2电流复位到0 。复位电压(近似地)=电容左边的电位 - Vin = Vin
要是我会仿真就好了,就可以很直观地看出自己的推理分析是否正确~
回路电流之所以变小,是因为有电感1。步先储能,帮的忙。
allen-leon
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  • 2011-6-24 14:21:34
 
输入10   ~70V 这个驱动电路也可行??
blueskyy
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总工程师
  • 2011-6-24 14:24:26
 
压差高了,D-S 要加稳压管限幅~
怕的是压差低了~
allen-leon
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  • 2011-6-27 09:51:56
 
VDS? 我很关注它的Vgs,,Vgs很容易超过+-20V
blueskyy
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  • 2011-6-27 09:53:31
 
不好意思 笔误,是Vgs加稳压管限幅度
YTDFWANGWEI
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  • 2011-6-24 15:06:45
 
估计不行。
nc965
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  • 2011-6-27 10:50:36
 
也行
allen-leon
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  • 2011-6-27 13:40:29
 
输入范围这么宽,C3电容电压很高?? Vgs电压会如何变化,麻烦仿真一下;。。
nc965
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  • 2011-6-27 13:56:24
 
需要控制C3电压不超过15V~20V

blueskyy
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  • 2011-6-27 14:43:57
 
李工,我觉得这个稳压管并联在C3上要好点。(将现在位置上的稳压管换成一电阻)
按照你当前的这样接法,低电压输入时稳压管无法击穿。并联接法,就不需要改电路,什么电压都可以作为Vin ,不知您以为然否?
nc965
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  • 2011-6-27 15:29:20
 
lianghao9041
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初级工程师
  • 2013-4-12 21:09:05
 
不尽然,我用MULTISIM仿真出来波形会没有不加稳压管好看
lianghao9041
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初级工程师
  • 2013-4-12 21:20:06
 
没加的电路图





没加的波形是这样的 蓝色为S极波形,红色为G极波形









加了电路图是这样



波形图如下




不知道是我选择的器件问题呢还是什么原因,这是为什么呢
allen-leon
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  • 2011-6-27 18:41:18
 
那样子 稳压管的损耗在输入较高的电压比较大了。。
nc965
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  • 2011-6-28 01:16:04
 
不然,电流很小啊
Ningbin
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本网技师
  • 2014-5-15 10:36:56
 
不会的,楼主正解!
starcool
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  • 2011-7-26 13:31:25
 
请问你这个是saber吗? 2010版的?
拒绝变帅
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  • 2011-7-26 14:22:46
 
是saber,不过估计是2007的。
bridgnsl
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副总工程师
  • 2013-1-24 10:38:19
 
这里的NMOS从道理上来说,应该是用PMOS的,这样就无须自举了!
例如把C3去掉,NMOS变为PMOS。
有的IC也用NMOS,但是用电荷泵,来提供一个高于Vcc的电压,以令NMOS导通的。
shayu
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  • 2011-6-24 15:18:49
 
哈哈,正想着BUCK改如何搞呢
myship02
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  • 2011-6-25 08:34:01
 
此帖都是高工参与,小弟我先学习一下,呵呵
wsdq001
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高级工程师
  • 2011-6-25 08:45:20
 
绝对支持,正在为这个问题头疼,不知道有没有低压的集成的电路可以直接用?
Coming.Lu
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  • 2011-6-25 08:51:39
 
IR2110速度还算可以了吧,要求这么高。
gaohq
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  • 2011-6-25 09:00:31
 
我仿真成功,但发觉这个BUCK已不能满足一般的BUCK计算公式
Vout = Vin *D
想办法如何既能浮驱又不影响计算公式。

nc965
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  • 2011-6-25 09:42:59
 
当然满足,些微差异是理论与实际的区别,注意驱动逻辑是反的,0.7占空比的驱动源传到MOS那里是0.3
gaohq
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  • 2011-6-25 10:26:12
 

没注意控制逻辑。
拒绝变帅
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  • 2011-6-25 10:56:12
 
既然这样,你把占空比设为0.5看看撒~
gaohq
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  • 2011-6-25 12:10:51
 
powercheyne
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  • 2011-6-25 18:32:46
 
各位大师:C3上的电荷来至Vin,在MOS的S脚处于低电平的时候充电,即续流二极管正向导通时充电,充电幅度要满足驱动电压,
c3 的充电路径怎么样?续流二极管导通时电流可以N到P吗?

nc965
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  • 2011-6-26 10:30:52
 
二极管是单相导电的,怎么能够走二极管?
续流二极管正向导通时充电的意思是:续流二极管正向导通时,负端电压很低,接近N,所以C3充电才有幅度。电流是走的L1.
wumeiping
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强悍,学习中
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学习了
jimmmy1125
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  • 2011-6-27 12:53:09
 
这帖不错。。
先收藏。。
luxgum
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  • 2011-6-27 09:08:02
 
好学习之
ctus220
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  • 2011-6-27 19:25:09
 
学习学习
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  • 2011-6-28 15:15:02
 
留个记号啊啊啊啊 矮矮  啊矮矮 啊
zhouboak
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本网技师
  • 2011-6-28 15:20:41
 
从电路的安全角度来说,这种电路的可靠性是很低的,不适合大面积推广,只适合做一些低端设备
Coming.Lu
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  • 2011-6-28 16:16:52
 
同意。
micropower
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  • 2011-6-29 09:10:29
 
可否详细说明
micropower
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  • 2011-6-29 09:17:20
 

如果输入电压高达200V这电路估计不行了
blueskyy
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  • 2011-6-29 09:46:12
 
参考下62楼,看是否可行?
nc965
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  • 2011-6-29 10:37:28
 
开帖的目的是说实现这些驱动有一些变通,如何用到实际产品,各种电压?也是需要进一步的变通。
比方说电压高怎么办?频率高怎么办?都要想办法变通,目的是使每个元件处于正常的、安全的工况,只要满足这些要求,都是可以实现的。
你们看,3楼图1是不是顶楼的电路将驱动改成了图腾柱?不就完善了?
你们再看,3楼的图3是不是也是1楼电容隔离驱动的一个应用?
diyu1010
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高级工程师
  • 2011-6-29 13:48:54
 
多谢大师!
bridgnsl
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副总工程师
  • 2013-1-24 10:57:07
 
三极管的基极为低电平时,D1,L2,C3,R1充电。
高电平时,nmos截止,续流二极管电压几乎为0,C3放电,但电阻R2比较大,应该没放多少。
所以总的来说,就是电容C3 基本维持一个电平,三极管截止时,给NMOS的栅极供电,但此电压一定要高于负载R1的电压几V以上才行,例如 维持5V左右的电压。电路参数需要试验选择!
2119864330ti
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本网技工
  • 2015-10-12 09:15:16
 
这个跟输入高压没有一点关系,就是输入24V也会死的很难看。
朴华
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  • 2011-7-4 10:05:36
 
好帖子,收藏了~
朴华
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LV8
副总工程师
  • 2011-7-4 10:06:14
 
请问楼主有没有实际搭建过这种浮充结构呢?有没有什么局限性?
nc965
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  • 2011-7-4 12:03:29
 
3楼就是实际量产电路
ckj_ck
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  • 2016-4-22 10:22:35
 
360反馈意见截图162303199191128.jpg

李工,3楼不是电路
nc965
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  • 2016-4-22 10:25:31
 
论坛改版多盖了一楼,看4楼吧
ckj_ck
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  • 2016-4-22 11:25:12
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好的李工
e7kan
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  • 2011-7-11 10:56:57
 
学习了!
starcool
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  • 2011-7-26 13:30:52
 
我的是双向反激有源钳位的,上面的管子控制也可以采用类似于Buck的驱动共地方法吗?
nc965
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  • 2011-11-15 10:52:36
 
应该可以
liu889
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学习!!!
croal
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本网技师
  • 2013-1-23 23:24:16
 
mark!
andywang
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本网技师
  • 2013-4-12 18:28:29
 
学习了
小凡凡
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好图!
c58
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  • 2013-11-21 17:07:53
 
L2的电感是保证Buck拓扑不高频短路
头一次看见加这个电感的。。。


管子不应该用整流管,应该用肖特基管子、、
fhq6yue3
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本网技师
  • 2014-5-13 09:12:43
 
学习到了 宝贵的经验 谢谢您的分享
jiekou514
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高级工程师
  • 2014-5-14 18:28:33
 
不是很懂!嘿嘿
reverse
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本网技师
  • 2014-10-8 15:32:31
 
太精彩了,需要好好吸收一下
tomkingwang
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助理工程师
  • 2015-7-27 14:20:31
 
mark 一下
xkw1cn
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版主
  • 2015-10-11 10:01:19
 
对于固定悬浮,确实是不错的方法。
2119864330ti
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本网技工
  • 2015-10-12 09:05:22
 
这个参数的驱动在一些情况下,必死无疑!!只能停留在理论阶段,实际应用还差的太远!!!!!!!!!! 本帖最后由 2119864330ti 于 2015-10-12 09:14 编辑

Gege_fly
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高级工程师
  • 2015-12-9 10:01:12
 
不是太懂,不过我觉得原理是对的。现在做的东西用的IC已经把这个考虑进去了~
clwclw
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高级工程师
  • 2016-4-22 12:06:07
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最近正在看这方面,学习了
clwclw
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高级工程师
  • 2016-4-22 12:07:36
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最近正在看这方面,学习了~
lidijia
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初级工程师
  • 2016-11-29 22:36:32
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这个对占空比有要求吧?
ta7698
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副总工程师
  • 2016-11-30 10:54:39
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真是一个好办法!
世纪电源网-九天
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超级版主
  • 2017-6-7 13:29:35
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经验学习~~不要错过~~
zzhzhua
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助理工程师
  • 2017-6-21 09:53:21
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这位版主的帖子都值得学习收藏!真不错!
为我所控
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本网技师
  • 2017-12-4 16:40:29
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好东西,试试看,看之前的帖子版主回复的是IR2128专用驱动芯片,现在手头上没有,想用IR2113只用高端部分,那低端应该怎么处理呢?版主试过没?
slim443
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高级工程师
  • 2019-7-3 15:29:15
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浮地驱动,初学者福音
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