来源：电子设计应用 作者：华南理工大学电子与信息学院 曾庆虹 晋建秀 杨时杰

摘要：本文介绍了高速双MOSFET驱动器MC34152的内部结构、工作原理以及由MC34152与CMOS逻辑器件组成的软开关变换器驱动电路的设计。

关键词：驱动电路；功率MOSFET；开关电源；变换器

引言
在高频PWM开关变换器中，为保证功率MOSFET在高频、高压、大电流下工作，要设计可靠的栅极驱动电路。一个性能良好的驱动电路要求触发脉冲应具有足够快的上升和下降速度，脉冲前后沿要陡峭；驱动源的内阻要足够小、电流要足够大，以提高功率MOSFET的开关速度；为了使功率MOSFET可靠触发导通，栅极驱动电压应高于器件的开启电压；为防止误导通，在功率MOSFET截止时最好能提供负的栅-源电压。而对于软开关变换器，在设计驱动电路时，还需考虑主开关与辅助开关驱动信号之间的相位关系。本文以升压ZVT-PWM变换器为例，用集成芯片MC34152和CMOS逻辑器件设计了一种可满足以上要求的软开关变换器驱动电路。
　　
MC34152
MC34152是一款单片双MOSFET高速集成驱动器，具有完全适用于驱动功率MOSFET的两个大电流输出通道，且具有低输入电流，可与CMOS和LSTTL逻辑电路相容。

MC34152的每一通道包括逻辑输入级和功率输出级两部分。输入级由具有最大带宽的逻辑电路施密特触发器组成，并利用二极管实现双向输入限幅保护。输出级被设计成图腾柱 (totem pole)电路结构形式。基准电压为5.7V的比较器与施密特触发器输出电平的逻辑判定决定了与非门的输出状态(同相或反相输出)，进而决定了两个同型输出功率管的“推”或“挽”工作状态。这种结构使该芯片具有强大的驱动能力及低的输出阻抗，其输出和吸收电流的能力可达1.5A，在1.0A时的标准通态电阻为2.4W，可对大容性负载快速充放电；对于1000pF负载，输出上升和下降时间仅为15ns，逻辑输入到驱动输出的传输延迟(上升沿或下降沿)仅为55ns，因而可高速驱动功率MOSFET。每个输出级还含有接到VCC的一个内置二极管，用于箝制正电压瞬态变化，而输出端要接100KW降压电阻，用于保证当VCC低于1.4V时，保持MOSFET栅极处于低电位。
　　
软开关变换器驱动电路设计
升压ZVT-PWM变换器是一种零电压转换软开关变换器，其结构如图1所示，由主电路和控制系统两部分组成。在主电路中，S为主开关，S1为辅助开关，控制系统包括PWM信号产生电路及驱动电路。

图1 ZVT-PWM变换器结构框图


指标要求
变换器：开关频率fS=100KHz；输入电压Vi=12V；输出电压Vo=48V；输出功率Po=100W。
驱动电路：输出峰值电流Iom<1A；输出峰值电压Vom>5V；驱动脉冲上升时间tr和下降时间tf均<50ns；驱动脉冲上升沿和下降沿的传输延迟(tPLH和tPHL)均<150ns。

电路设计
为满足指标要求，主、辅开关均选用MTM15N20，为功率MOSFET，其主要参数为：VDS=200V，ID=15A，VGS(th)=2V，RDS(ON)＝0.12W，Ciss=2000pF，Coss=700pF，Crss=200pF。设增益因子A=芕DS/芕GS=10，考虑到从栅极到漏极电容Crss引入的密勒效应，则栅极回路总输入电容为：
Cin≈Ciss+A.Crss=2000+10×200=4000pF
要求输入电容电压在tr(50 ns)时间内栅极电压达到10V，则栅极输入电流为：
Ig=Cin.dv/dt=Cin.VGS/tr=4000×
10-12.10/50×10-9=0.8A
从MC34152的性能参数可见，采用MC34152可满足MTM15N20对驱动源内阻小、电流大的要求。

主开关S的触发信号可由集成PWM芯片产生，例如常用的TL494、LM3524等。适当调整死区电压，限制开关脉冲的最大宽度，以保证有足够的时间安插辅助开关S1的触发信号。辅助开关S1的触发信号可采用D触发器(如CD4013)构成的单稳态电路，结合逻辑反相器(如CD4069)对来自PWM芯片的脉冲进行波形变换而获得。综合以上考虑, ZVT-PWM变换器的驱动电路如图2所示。

图2 ZVT-PWM变换器驱动电路

从图2可见，由PWM控制芯片输出的脉冲调制波经CD4069反相整形后送至MC34152输入端(引脚2)，由7引脚输出，作为主开关的驱动信号。与此同时，从PWM控制芯片输出的脉冲调制波经CD4069另一反相器整形后，输入到CD4013的CLK端(3引脚)作为时钟信号。信号上升沿触发，使Q端(1引脚)输出高电平，经过可变电阻RP对电容C9充电。当充电电压达到VCC/2时，复位端起作用，使D触发器复位，Q端电位变成低电平，电容C9经过二极管D2迅速放电至零，准备进入下一个周期。因此，经单稳态电路，从CD4013的Q端输出的脉冲信号经CD4069再一次反