分立器件——一款可替代专用IC驱动器的卓越解决方案

发布时间：2013-12-17 阅读量：863 来源: 发布人:

【导读】在电源设计中工程师们常常面临控制IC驱动电流不足，或者由于栅极驱动损耗导致控制IC功耗过大的问题。为改善这一现象工程师们常会选择外部驱动器，如半导体厂商的MOSFET集成电路驱动器等专用IC，但这样的话并不是一个廉价的方案。为降低成本工程师们会采用低成本的分立器件。本方案主要讨论不同情况下电源分立器件的设计。

抛砖引玉，一个简单的设计例子

图1 单的缓冲器可驱动2Amps以上的电流

图1 中的示意图显示了一个NPN/PNP 发射跟随器对，其可用于缓冲控制 IC 的输出。这可能会增加控制器的驱动能力并将驱动损耗转移至外部组件。许多人都认为该特殊电路无法提供足够的驱动电流，请看图2。

图2 诸如 FMMT618 的更高电流驱动器可增强驱动能力

如图2中hfe曲线所示，通常厂商都不会为这些低电流器件提供高于0.5A 的电流。但是，该电路可提供大大高于0.5A的电流驱动，如图 1 中的波形所示。就该波形而言，缓冲器由一个 50Ω 源驱动，负载为一个与1Ω 电阻串联的0.01 uF 电容。该线迹显示了1Ω 电阻两端的电压，因此每段接线柱上的电流为 2A。该数字还显示MMBT2222A 可以提供大约 3A的电流，MMBT3906 吸收 2A 的电流。事实上，晶体管将与其组件进行配对(MMBT3904 用于 3906，MMBT2907 用于2222)。这两个不同的配对仅用于比较。这些器件还具有更高的电流和更高的hfe，如 FMMT618/718对，其在6A电流时具有 100 的hfe(请参见图 2)。与集成驱动器不同，分立器件是更低成本的解决方案，且有更高的散热和电流性能。

图3 几个部件组合的独立驱动器

图3 是一款可使您跨越隔离边界的简单缓冲器变量情况。该电路效率极高且具有50% 的占空比输入(请参见图3中较低的驱动信号)，因为其将驱动 FET 栅极为负并可提供快速开关，从而最小化开关损耗。这非常适用于相移全桥接转换器。

深入探究

探讨何时需要分立驱动器来保护同步整流器栅极免受过高电压带来的损坏？

理想情况下，您可以利用电源变压器直接驱动同步整流器，但是由于宽泛的输入电压变量，变压器电压会变得很高以至于可能会损坏同步整流器。

对策

图4 Q1快速关闭同步反向FET Q2

图4显示的是用于控制同步反向拓扑中 Q2 传导的分立器件。该电路以让您控制开启栅极电流并保护整流器栅极免受高反向电压的损坏。还可以用变压器输出端的负电压进行驱动。

分析

12V 输入与 5V 输出相比负电压值很大，从而引起 Q1 传导并短路电源 FET Q2的栅-源电压，迅速将其关闭。由于基极电流流经 R2，因此在加速电容 C1 上就有了一个负电压。在此期间，一次侧 FET将会发生传导并在变压器磁化电感中存储能量。一次侧 FET 关闭时，变压器输出电压在正电压范围摆动。Q2 栅-源通过D1 和 R1 被迅速前向偏臵。C1 放电时，D2 对 Q1 基极-发射极连接进行保护。在一次侧 FET 再次开启之前，该电路会一直保持这种状态。正如同步降压转换器那样，输出电流会真正地对输出电容进行放电。开启一次侧 FET 会衰减变压器二次侧上的电压并去除 Q2 的正驱动。这种转换会导致明显的贯通叠加一次侧FET 和 Q2 传导次数。为了最小化该次数，当一次侧和二次侧 FET 均开启时，Q1 将会尽快地短路同步整流器上的栅－源。

思考

图5 D4 限制了该同步正向驱动器中正栅极电压

图5的设计中，FET 具有相当小栅极电感，因此转换非常迅速。较大的 FET 可能需要实施一个 PNP 晶体管对变压器绕组进行栅极电容去耦并提什开关速度，这里不再详解。

小结

方案开始以一个例子介绍了分立器件的独立驱动，接下来探讨了一些常见的分立设计情况。许多具有同步整流器的电源都可以使用变压器的绕组电压来驱动同步整流器的栅极。宽范围输入或高输出电压需要调节电路来保护栅极。在图 4所示的同步反向结构中，我们向您介绍了如何在保持快速的开关转换的同时控制同步整流器栅极上的反向电压。与之相类似在图5的同步正向结构中，我们向您介绍了如何限制同步整流器栅极上的正驱动电压。

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