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变压器耦合栅极驱动电路

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斜阳古道
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  • 2010-8-11 22:21:40
刚刚讲完了驱动芯片的一些技术规格,接下来再谈谈驱动芯片的具体应用。当然,有的应用是驱动芯片直接共地驱动功率MOS;也有原边的信号经过耦合变压器传给副边,再经过驱动芯片给功率MOS;还有驱动芯片的两路驱动信号接耦合变压器,再驱动半桥、全桥的上管、下管等等。基本上三种类型:原边单路信号传给副边(或副边单路信号传给原边),主要用于同步整流;原边单路信号传给原边使用,比如有源箝位正激的辅管驱动等;原边双路信号经耦合变压器驱动半桥、全桥等。

这里不谈使用浮压驱动芯片,仅仅针对驱动芯片与耦合变压器的相关驱动电路,并且结合仿真实例。
真武阁
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  • 2010-8-11 22:37:00
 
这个要顶!
acaichudao
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  • 2010-8-11 22:47:34
 
好主题期待中
blueskyy
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  • 2010-8-11 22:59:34
 
先做个记号
YTDFWANGWEI
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  • 2010-8-12 08:32:54
 
大功率中隔离变压器驱动用的还是比较多的吧?主要是驱动变压器的设计需要注意哪些方面,如何设计,看很多人问过这个方面,希望有了解的开个专门的帖子讲解一下。
lz20060508
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  • 2010-8-12 08:33:22
 
坐下来听讲
zkybuaa
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  • 2010-8-12 08:35:42
 
这个是必须要顶的~
feimeng115
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  • 2010-8-12 08:50:19
 
哈哈,先占位~
HolyFaith
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  • 2010-8-12 21:01:11
 
坐下来听大师讲课
wsdq001
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  • 2010-8-13 12:29:14
 
继续继续
斜阳古道
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  • 2010-8-23 18:09:56
 
顺带捡一下英语啊,呵呵
The most ideal MOSFET driver circuit is shown in Figure 1. This configuration is often used in boost, single-end Flyback and single-end Forward converters. With proper layout techniques and appropriate bias voltage bypass capacitors, very good rise and fall times of the MOSFET gate voltage can be achieved. In addition to having local bypass capacitance on the bias voltage, the grounding of the MOSFET driver is also important.
斜阳古道
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  • 2010-8-23 18:11:13
 
In many gate drive applications, it may be necessary to limit the peak gate drive current in order to slow down the rise or fall of the gate voltage. This is usually done to lower the EMI noise generated by fast slew rates of the MOSFET drain voltage. Slowing the rise and fall time of the MOSFET gate voltage can be accomplished by either changing to a MOSFET driver that has a lower peak current rating or by adding a series gate drive resistor, as shown in Figure 2. To more quickly switched-off the MOSFET, an additional circuit included another resistor and a diode needs to be paralleled with the series gate drive resistor.
斜阳古道
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  • 2010-8-23 18:14:55
 
有了图腾柱、或驱动IC,那还要不要V、S之间的电阻?可以不要,只要靠近MOSFET即可。
斜阳古道
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  • 2010-8-23 18:12:41
 
Figure 4 shows gate drive configuration using gate drive transformers with direct-coupled. Gate drive transformers can be used in both high- and low-voltage applications where an isolation boundary between the control circuitry and the power MOSFET is needed for either safety regulations or for a situation in which a high-side floating gate drive is required.
It shows a gate drive transformer being used in a single-end Flyback and Forward converters or other applications needed the isolation between PWM controller and the MOSFET. This circuit uses the negative gate drive voltage to turn on the additional small-signal FET that shorts GS of the MOSFET in order to turn it off and keep the gate voltage at 0V. The circuit is similar to single-end Forward converter. The additional clamped diode would achieve the reset of gate transformer. To guarantee the reset operation, the duty cycle shall not be over 50%.

斜阳古道
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  • 2010-8-23 18:13:34
 
这个电路我们可以仿真玩玩......咋的我贴出的图这样不清晰?
jackxn
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  • 2010-8-23 18:21:03
 
留个记号先
gaohq
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  • 2010-8-23 20:43:59
 
The additional clamped diode would achieve the reset of gate transformer

什么意思?
HolyFaith
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  • 2010-8-23 20:51:11
 
说个办法,遇到这种看不懂的,就去google 翻译
gaohq
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  • 2010-8-23 21:04:50
 
谢谢!
不明白使变压器复位的机理。
是不是当变压器副边上负下正时,FET导通,使Qgs的电荷快速放掉的同是二极管导通,使变压器磁复位?
斜阳古道
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  • 2010-8-24 16:38:35
 
附加的钳位二极管实现磁芯复位......
这种磁复位方式其实与双管正激非常相似,磁芯仅工作在第一象限......同时,一般电容耦合驱动电路,功率MOSFET上截止时会有负电压,负电压将影响功率管的开通速度,但这个电路副边不存在负电压,同时也能实现磁芯和部分复位。
这种驱动电路损耗很小,但占空比不能超过50%。有没人有兴趣搞个仿真电路看看......
snutom
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  • 2010-8-24 13:13:57
 
学习下
斜阳古道
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  • 2010-8-24 16:42:11
 
Figure 5 shows two different gate drive configurations using gate drive transformers. Gate drive transformers can be used in both high- and low-voltage applications where an isolation boundary between the control circuitry and the power MOSFET is needed for either safety regulations or for a situation in which a high-side floating gate drive is required.

The circuits in Figure 5 show a gate drive transformer being used in a single-end Forward converter or other applications needed the isolation between PWM controller and the MOSFET. The coupling capacitor that is in series with the MOSFET driver output and gate drive transformer to block the DC voltage is used to balance the volt-time of the gate drive transformer. Because the volt-time of the gate drive transformer must be balanced (as is the case with any transformer), a negative gate-to-source voltage is also applied to the gate of the power MOSFET during the off time of the switching cycle. This can often cause switching time delays at turn-on. If this is an undesired effect, the circuit configuration in Figure 6 can be used. This circuit uses the negative gate drive voltage to turn on the additional small-signal FET that shorts GS of the MOSFET in order to turn it off and keep the gate voltage at 0V.

With the principle of voltage-second balance in the gate transformer, D*(Vdd-Vc) = (1-D)*Vc, Vc = D*Vdd can be obtained, so that the gate drive voltage of the MOSFET will be Vgs = (1-D)*Vdd. As a result, if the duty cycle, D equals to 10%, Vgs is 90%*Vdd while Vgs is 10%*Vdd if D equals to 90%. Therefore, to guarantee the reset operation, the duty cycle shall not be over 50% to get the appropriate gate drive voltage of the MOSFET. On the other hand, the coupling capacitor can give rise to a low frequency ringing superimposed on the gate of the MOSFET due to the resonance between the capacitor and magnetizing inductance in the gate transformer. The usual solution to this is to a large value of capacitor which lowers the Q of the ringing waveform. Make sure all transient conditions to be tested, especially start up when the capacitor is initially discharged. In general, the capacitor is from 2.2uF to 22uF while the magnetizing inductor is over 2mH to 5mH.

下面的电路使用最广了......但得注意三个问题:占空比不能超过50%;功率MOSFET截止期间有负电压;耦合电容、激磁电感的取值非常重要,要尽量降低Q值。
还是得仿真看看,有些特性挺有趣......

斜阳古道
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  • 2010-8-24 16:48:07
 
图6的电路可以消除副边的负电压,但占空比仍然不要超过50%。
wsdq001
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  • 2010-8-25 09:31:06
 
说实话,图不是很清楚,能不能直接用protel画一下
弱弱的问一句,这些驱动会不会随着占空比变化正负幅值也变化?这样是不是不好吧?
真武阁
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LV8
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  • 2011-1-10 10:25:54
 
图6的电路可以消除副边的负电压,但也消除了一部分驱动功率,结果是上升沿变得很慢,而且完全消除负压并不一定是件好事,大家都知道适量的负压可以缩减MOS的关断时间对于1,可以把栅极电阻换成电容,这样当加速关断那个管导通时,多余的电压会被转移到电容上而避免额外的损耗,对于2,可以在加速关断那个管串入一个电容和一个5V左右的稳压二极管
真武阁
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LV8
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  • 2011-1-10 10:49:44
 





这个是用TC4428和隔离变压i器做的190K驱动波形,副边负载是4700p电容
st.you
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  • 2011-1-10 11:23:37
 

最近正好也在做变压器隔离驱动的电源。
我这个可以使MOS的驱动无负电压,且速度比较快。
理论上,这种驱动方式,占空比可以超过百分之五十,实际上,七八十都可以。
zkybuaa
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  • 2011-1-13 10:11:10
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这个是驱动双管正激的吧?器件有点多了~
st.you
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双管反激的
msc4456
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  • 2011-2-11 16:37:17
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做个标记 ,漫漫 来 体会
真武阁
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  • 2011-1-13 08:12:21
 
稳压二极管画错方向le
斜阳古道
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  • 2010-8-24 16:48:52
 
怎样让占空比可以超过50%,同时不影响驱动信号的幅度呢?
真武阁
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  • 2011-1-20 10:26:50
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Uton*D=Utoff*(1-D),但同时Uton+Utoff(绝对值)是个常数,可见只要把“0”线放到负压下面就可以保证驱动信号的幅度不变了



要注意的是,泄放电阻不要太大,尤其是桥式拓扑,当PWM关断后,MOS栅极电位会有一个高电平,如果泄放电阻太大的话有可能上下臂直通(二极管换成三极管可消除这种影响);二极管不需用高速,用最狗屎的1N4007就可以了





不同占空比的波形,超过50%也没有问题
wintdier
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高人啊。。
有空要请教一下才行
gaohq
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可见只要把“0”线放到负压下面就可以保证驱动信号的幅度不变
---------------------------------------------------------
如何保证“0” 线在负压下面呢?
真武阁
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见36楼,变压器副边那个电容和二极管
如果想下降沿陡一些和保留一些负压,参见29楼,(注意稳压二极管方向画反了)
allen-leon
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