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MOSFET的谐极驱动

作者:时间:2012-03-15来源:网络收藏
4.一种新的谐振驱动器

  为了解决上面的问题,我们提出了一种新的谐振驱动器[5],如图3所示,在这个电路里面,一个互补的驱动对MDR1和MDR2和传统的驱动器一样。一个电感LR在谐振元件插入,两个二极管DDR1和DDR2用来钳位VGS和用来恢复驱动能量。开关管在开通或关断LR才会出现谐振电流,占空比的变化不影响电路工作。而且,当二极管恢复驱动能量时,就提供了一个相应的低阻抗通路。

  我们根据图3b的波形来解释一下这个电路。在一开始的时候VGS=0(tt1),两个驱动管都是关断的,电感电流为零。在t1时刻,MDR1开通和一个电压脉冲出现在MDR1和MDR2的连接点。这时候电感电流 iLR和电容电压开始上升,直到在t2时刻,当VGS_M1=VDD和iLR=IPEAK 这个过程结束。如果谐振电路的品质因数Q足够高,IPEAK和上升时间tr=t2-t1计算出来。

CG_M1是一个相等的门极电容M1,ZO是谐振电路的特征阻抗,WO是谐振频率。在t2到t3这个时间,VGS_M1被DDR1和iLR钳位在VDD。在t3时刻 MDR1关断,能量恢复过程初始化:电感电流导通了体二极管MDR2,电流通路MDR2—LR——DDR1—VDD。稳态电压VDD穿过LR时,电感电流的减少是线性的,恢复时间trec(=t4-t3)可以简单表示为

在时间t1到t2 ,从直流电源VDD转换到谐振电感的能量为
,门极电容的能量为
。这些能量在时间t3~t4会返回给电源VDD。因为能量反馈的原理,图3的电路能量损耗比传统的门极驱动要小。在t5到t6这段时间,谐振出现,电容能量
转换到电感中
,t6到t7只是能量的续流,最后t7到t8电感能量回给电源。 

这个电路和传统的驱动电路相比有以下优点:

  驱动能量可以在充放电转换过程中恢复。在上文已经提到这个问题,这个可以通过更详细的计算来说明这一点,RG是阻值,包含MDR通态阻抗和LR的寄生电阻,主MOSFET M1的门极阻抗和其他配线的电阻,充电谐振过程中暂态电感电流iLR为


  VGS钳位提供了快速启动和优化的过驱动电压,二极管DDR1和DDR2 不但起能量恢复的作用,而且把VGS钳位在0或者VDD,防止过驱动。对于给定功率的MOSFET,图3中的驱动速度主要从谐振电感LR决定。选择小的LR可以提高的转换速度,增大能量了损耗。对于多数的高频应用,MOSFET上升/下降时间由最大上升时间决定。在这样的情况下,LR的选择要满足以下要求 

         


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