ZHCADV5 March 2024 UCC27624
2 柵極驅(qū)動變壓器的工作原理
配置柵極驅(qū)動變壓器的方法有許多，但最常見的是圖 2-1 所示的推挽式類型。
圖 2-1 用于驅(qū)動半橋的推挽式柵極驅(qū)動電路示例原理圖在此配置中，雙通道低側(cè)驅(qū)動器與脈沖變壓器一同使用，用于驅(qū)動高壓半橋。圖 2-2 中分開展示了 OUTA 和 OUTB 的內(nèi)部功能。
圖 2-2 展示推挽式拓?fù)渲辛鹘?jīng)驅(qū)動器輸出級的電流的簡化原理圖通過將 OUTA 切換為高電平以及將 OUTB 切換為低電平（反之亦然），便會在脈沖變壓器的初級側(cè)產(chǎn)生 ±V-DD 的方波。請注意圖 2-1 中的點表示法；當(dāng)初級側(cè)上電壓為正時，高側(cè)支路上產(chǎn)生相應(yīng)的正電壓，低側(cè)支路上產(chǎn)生負(fù)電壓。初級側(cè)上的電壓為負(fù)時，低側(cè)支路上會產(chǎn)生正電壓，而高側(cè)支路上會產(chǎn)生負(fù)電壓。
次級側(cè)會在 ±V-DD（乘以匝數(shù)比）之間切換。負(fù)電壓之所以會成為一個問題，有兩個原因。首先，將 CGS 電容拉至低于地電平會浪費電能，因此柵極驅(qū)動 IC 和變壓器中的功率耗散高于關(guān)閉開關(guān)所需的功率耗散。其次，該電壓有時會超出開關(guān)允許的電壓等級。這種負(fù)偏置在某些情況下會有用，但在許多應(yīng)用中不需要負(fù)偏置。
圖 2-1 中所示的 PNP 關(guān)斷電路可解決負(fù)電壓問題。二極管（D1 和 D2）允許正向?qū)?，以便?VDD 為高電平時對 VGS 充電。當(dāng) VDD 為低電平時，D1 和 D2 會阻止反向?qū)?。VDD 下降后，PNP BJT（Q1 和 Q2）會導(dǎo)通并灌入電流，以拉低 VGS 并關(guān)斷 FET。由于 PNP BJT 在 VDD 降為 0 時關(guān)斷，但僅在 VDD 變?yōu)楦唠娖綍r柵極才會變?yōu)楦唠娖?，因此這種本地關(guān)斷實現(xiàn)方案也支持增加死區(qū)時間。
圖 2-3 帶初級電流、初級電壓以及 HO 和 LO 彩色標(biāo)簽的推挽式柵極驅(qū)動電路原理圖
圖 2-4 示波器捕捉到的相應(yīng)波形初級側(cè)上的電壓從 ±12V 開始切換，并增加了一些死區(qū)時間，在這段時間內(nèi) OUTA 和 OUTB 均關(guān)閉。電流從初級轉(zhuǎn)移到次級，從而同時導(dǎo)通高側(cè)和低側(cè) FET。由于存在局部關(guān)斷電路，因此在關(guān)斷期間，通過變壓器的電流傳輸非常少。本地關(guān)斷電路還允許對開通和關(guān)斷時間進行單獨調(diào)節(jié)。在該示例中，上升時間約為 580ns，下降時間約為 200ns?？烧{(diào)上升和下降時間可實現(xiàn)更好的壓擺率控制并減少 EMI。改變 Rg 可調(diào)節(jié)開通時間，改變 RB 可調(diào)節(jié)關(guān)斷時間。
總體而言，圖 2-1 中所示的電路允許僅使用低側(cè)柵極驅(qū)動器 IC、變壓器和一些額外元件來控制高壓半橋。無需電平轉(zhuǎn)換、隔離器 IC 或輔助電源，因為柵極驅(qū)動變壓器可以同時滿足所有這些角色。