具有寬占空因子范圍的隔離式MOSFET驅(qū)動(dòng)器

如圖1，調(diào)制方法使人們有可能在很寬的占空因子范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)功率MOSFET 的隔離式柵極驅(qū)動(dòng)電路。
　　圖1所示電路主要用途是用于驅(qū)動(dòng)頻率范圍為 1 Hz 至 300 kHz、占空因子為 0 ~ 100%的功率 MOSFET。使用一個(gè)無鐵芯的印制電路板變壓器就可以實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。大多數(shù)功率電子電路的開關(guān)頻率都在數(shù)赫至幾百千赫的范圍內(nèi)。為了設(shè)計(jì)一個(gè)開關(guān)頻率低于300kHZ的無鐵芯隔離式變壓器的柵極驅(qū)動(dòng)電路，你可以用一個(gè)低頻控制信號(hào)調(diào)制一個(gè)高頻載波。初級(jí)的能量可通過使用 3 MHz 高頻載波信號(hào)來傳送。柵極控制信號(hào)通過調(diào)制過程耦合到次級(jí)輸出端。二進(jìn)制計(jì)數(shù)器 IC3對(duì)時(shí)鐘振蕩器 IC2產(chǎn)生的 24MHz 信號(hào)進(jìn)行八分頻，獲得3MHz 信號(hào)。純/互補(bǔ)緩沖器 IC6產(chǎn)生兩個(gè)互補(bǔ)的3MHz信號(hào)，兩者間延遲很小。“與非”門 IC5實(shí)現(xiàn)調(diào)制過程。


圖2，頂部跡線為流經(jīng)變壓器次級(jí)的交流信號(hào)，底部跡線為低頻控制電壓。
　　本設(shè)計(jì)利用C3的電容值來獲得工作頻率下的最大阻抗。一個(gè)倍壓器(D1、D2、C4)提供柵極驅(qū)動(dòng)電壓。本設(shè)計(jì)將一塊 555（IC7）用作一個(gè)施密特觸發(fā)器，因?yàn)?55的功耗小。D3 防止 C6 中儲(chǔ)存的能量泄放到R1中。正如你從圖2中看到的，當(dāng)控制電壓很高時(shí)，一個(gè) 3MHz 的交流信號(hào)出現(xiàn)在變壓器初級(jí)上，從而給電容器 C5 和貯能電容器 C6 充電。 IC7 的輸入端變?yōu)楦唠娖剑瑥亩?MOSFET 導(dǎo)通。當(dāng)控制電壓變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，變壓器初級(jí)上的電壓下降為零，IC7的輸入端變?yōu)榈碗娖剑琈OSFET 截止。圖2和圖3示出了控制電壓、變壓器次級(jí)電壓以及 MOSFET 柵極電壓。


圖3，頂部跡線為 MOSFET 的柵極驅(qū)動(dòng)電壓；底部跡線為變壓器次級(jí)的交流信號(hào)。
圖4，在3MHz時(shí)變壓器輸入阻抗的峰值。
　　變壓器的尺寸和3MHz 載波頻率使次級(jí)、初級(jí)電壓具有很好的關(guān)系從而使柵級(jí)驅(qū)動(dòng)電路的輸入功率減到最小程度。變壓器在電路板底部有一個(gè)圓形螺旋初級(jí)繞組。初級(jí)繞組為 20 匝 0.3mm 寬的導(dǎo)體。環(huán)形螺旋次級(jí)繞組在電路板的正面，為 15 匝 0.4mm 導(dǎo)體。兩個(gè)繞組的導(dǎo)體厚度均為 35μm，最外沿半徑為 25 mm。電路板厚度為 1.54 mm。圖 4 示出了在變壓器次級(jí)繞組終接 C3的情況下變壓器輸入阻抗的頻率圖。網(wǎng)絡(luò)分析儀顯示，最大阻抗出現(xiàn)在大約3MHz。圖5是一個(gè)工作原型的照片。
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