3 使用飽和 MOSFET 圖騰柱級進(jìn)行電流升壓

驅(qū)動電流升壓的替代方案如圖 3-1 所示。兩個 N 溝道 MOSFET 用作電流升壓器件。由于它們作為飽和開關(guān)工作，驅(qū)動電流僅受導(dǎo)通時的電阻的限制，因此可以實(shí)現(xiàn)高得多的電流電平。

在該電路中，信號隔離由數(shù)字隔離器 (ISO7721) 提供。為了驅(qū)動 MOSFET 驅(qū)動器，使用了低電壓半橋驅(qū)動器 IC (LM5106)。電源與前一個電路相同。然而，另外需要幾個 LDO 為數(shù)字隔離器的次級側(cè)和半橋驅(qū)動器供電。數(shù)字隔離器的次級側(cè)指的是 –6V 負(fù)極驅(qū)動電源。因此，為了給這一側(cè)供電，需要一個與此電平相對應(yīng)的 5V 電源。該電源由連接到次級回路的 5V LDO 提供。對于驅(qū)動器 MOSFET（和半橋驅(qū)動器）的柵極驅(qū)動電壓，需要約 10V 的電壓（指負(fù)極驅(qū)動電源）。該電壓由另一個 5V LDO（被稱為次級回路）生成。這將提供總計(jì) 11V（LDO 提供 5V，負(fù)極驅(qū)動電源提供 6V）的負(fù)極驅(qū)動電源。

對于半橋驅(qū)動器，通常需要兩個 PWM – 上部 MOSFET 的主 PWM 和下部 MOSFET 的輔助 PWM。然而，LM5106 半橋驅(qū)動器可以在內(nèi)部生成互補(bǔ)信號，死區(qū)時間由編程電阻器確定。這樣就不再需要 MCU 生成互補(bǔ)信號。然而，半橋驅(qū)動器將需要一個電平轉(zhuǎn)換的驅(qū)動電壓來處理上部 MOSFET。在該電路中，該電壓由自舉電路提供，而自舉電路由 D4、C27 和 R3 組成，前提是下部 MOSFET 有足夠的導(dǎo)通時間進(jìn)行充電。根據(jù)該電路中使用的元件值，典型充電時間低于 1μs。這意味著，對于關(guān)斷時間小于 1μs 的 PWM 輸入，自舉電容器可能無法充電至完整電源電壓。此外，對于低 PWM 頻率（低于數(shù)百赫茲），自舉電容器將無法在整個周期內(nèi)保持電荷。如果預(yù)計(jì)會出現(xiàn)此類情況，建議使用額外的隔離電源為高側(cè)供電 – 這可以通過在使用的反激式電源上另行增加一個繞組來輕松實(shí)現(xiàn)。這樣甚至可以實(shí)現(xiàn) 100% 占空比運(yùn)行。

上部 MOSFET 根據(jù) PWM 輸入進(jìn)行切換，而下部 MOSFET 根據(jù) PWM 輸入的互補(bǔ)性進(jìn)行切換，從而產(chǎn)生與輸入 PWM 極性相同的輸出驅(qū)動。驅(qū)動電流可高達(dá) 100A，因此正極和負(fù)極驅(qū)動電源軌需要充分去耦。如果需要，可以在外部添加額外的電容器。大多數(shù)功率器件不需要這種高峰值電流驅(qū)動能力，但通過利用這種功率級的 FET，在峰值電流為 20A 或更高的情況下進(jìn)行驅(qū)動時，可以大大降低散熱?？梢酝ㄟ^使用外部柵極電阻器來限制峰值電流，因?yàn)榉逯惦娏鬟^高會導(dǎo)致柵極出現(xiàn)不必要的振鈴，并導(dǎo)致電源開關(guān)的壓擺率失控。