减小尺寸和功耗的隔离式 FET 脉冲驱动器
发布时间:2008/6/3 0:00:00 访问次数:438
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三相控制整流器和变换器、矩阵循环换流器以及级联功率级一般都含有大量功率晶体管，每支晶体管都有自己的驱动电路。图1中的电路用1khz ~ 200khz频率的全占空比脉冲驱动一个容性输入功率器件，如mosfet或igbt（绝缘栅双极晶体管）。一只变压器起隔直作用，电路在15v初级电源电压下只消耗少量功率。采用具有输入电容高达5 nf的几只mosfet和igbt，测试满意，该驱动器通过调整驱动器晶体管、耦合变压器以及一些无源元件，可以适应更大电流的功率晶体管。晶体管q1和q2通过耦合变压器t1向晶体管q3和q4传送约1ms持续时间的脉冲，分别为功率晶体管q5的栅源输入电容充、放电。q1产生的充电脉冲开始于驱动控制信号的上升沿，而q2产生的放电脉冲则开始于控制信号的下降沿。微分电路包括c1、r1、电位器p1的一部分、c2、r2以及p1的其余部分，它设定了充、放电脉冲的持续时间。必要时，调整p1的设置可以改变 q5栅极上正、负充放电电压的平衡。
晶体管q3和q4分别为q5的输入电容传输充、放电脉冲，然后关断，在q5输入电容两端产生一个高阻抗，使q5栅极电压不能发生变化，除了由于微小的泄漏
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当晶体管q1 ~ q4关断时，电阻器与二极管r3、d3、r4和d4构成变压器t1的消磁电流路径。尽管它们在多数时间是反向偏置的，二极管d5和d6构成了一个峰值振幅鉴别器，成为一个逻辑or电路，以保证q3和q4的栅极电压总是等于或大于q5栅源电容正端上的电压。
电阻器r5和r6限制了为q5栅源电容的充、放电速率，并可以根据q5的驱动特性而变化。变压器t1采用飞利浦3e5铁氧体材料的rm5/i芯，有一个中央抽头， 20匝初级绕组和12匝次级绕组，两者均使用0.2 mm直径、0.008英寸的awg ＃32漆包线。
当晶体管q1导通时，在t1的次级绕组中产生一个正电压，使p沟道mosfet q3接通，并驱动q4的内部二极管进入导通状态，开始为q5的栅源电容充电。q3的导通电阻决定了充电速率。充电结束有两种情况：脉冲结束；或当q5的栅源电压近似于t1的次级电压减去q3的栅极阈值电压。
然后，q3关断，允许充电电流衰减为零，电容达到其最大正向充电状态。当q1关断时，变压器t1的磁化电流通过r3和d3复位。t1次级绕组的电压略偏负，以补偿磁芯的伏秒特性，此特性会在无电流时正向偏置q3的体二极管，而q4的体二极管会阻止q5的栅源电压放电。
在q4栅极上施加的负电压不会使q4导通，因为二极管d5的正向压降使q4的栅极电压高于q5的栅极电压。因此，q5的输入电容保持在充电状态，而复位路径对此电容保持高阻状态。当q2导通时，出现在t1初级的负电压使q4导通，开始放电过程。当q4的栅源电压等于其阈值电平，或当脉冲结束时，充电过程终止。然后，q4关断，而q5的栅源电容达到最小负电压。当q2关断时，t1的磁化电流通过d4和r4复位，q4的体二极管导通，q3的体二极管阻止q5的栅源电压。二极管d6在q3和q4的栅极施加一个高电压，以保证t1次级的复位电压不会使q3进入导通状态。于是，所有晶体管都关断，而q5的栅源电容保持在放电状态。当q1再次导通时，重复这个过程。
图2是与一只1欧元硬币和一支功率晶体管相比较的驱动器原型电路。
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三相控制整流器和变换器、矩阵循环换流器以及级联功率级一般都含有大量功率晶体管，每支晶体管都有自己的驱动电路。图1中的电路用1khz ~ 200khz频率的全占空比脉冲驱动一个容性输入功率器件，如mosfet或igbt（绝缘栅双极晶体管）。一只变压器起隔直作用，电路在15v初级电源电压下只消耗少量功率。采用具有输入电容高达5 nf的几只mosfet和igbt，测试满意，该驱动器通过调整驱动器晶体管、耦合变压器以及一些无源元件，可以适应更大电流的功率晶体管。晶体管q1和q2通过耦合变压器t1向晶体管q3和q4传送约1ms持续时间的脉冲，分别为功率晶体管q5的栅源输入电容充、放电。q1产生的充电脉冲开始于驱动控制信号的上升沿，而q2产生的放电脉冲则开始于控制信号的下降沿。微分电路包括c1、r1、电位器p1的一部分、c2、r2以及p1的其余部分，它设定了充、放电脉冲的持续时间。必要时，调整p1的设置可以改变 q5栅极上正、负充放电电压的平衡。
晶体管q3和q4分别为q5的输入电容传输充、放电脉冲，然后关断，在q5输入电容两端产生一个高阻抗，使q5栅极电压不能发生变化，除了由于微小的泄漏
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当晶体管q1 ~ q4关断时，电阻器与二极管r3、d3、r4和d4构成变压器t1的消磁电流路径。尽管它们在多数时间是反向偏置的，二极管d5和d6构成了一个峰值振幅鉴别器，成为一个逻辑or电路，以保证q3和q4的栅极电压总是等于或大于q5栅源电容正端上的电压。
电阻器r5和r6限制了为q5栅源电容的充、放电速率，并可以根据q5的驱动特性而变化。变压器t1采用飞利浦3e5铁氧体材料的rm5/i芯，有一个中央抽头， 20匝初级绕组和12匝次级绕组，两者均使用0.2 mm直径、0.008英寸的awg ＃32漆包线。
当晶体管q1导通时，在t1的次级绕组中产生一个正电压，使p沟道mosfet q3接通，并驱动q4的内部二极管进入导通状态，开始为q5的栅源电容充电。q3的导通电阻决定了充电速率。充电结束有两种情况：脉冲结束；或当q5的栅源电压近似于t1的次级电压减去q3的栅极阈值电压。
然后，q3关断，允许充电电流衰减为零，电容达到其最大正向充电状态。当q1关断时，变压器t1的磁化电流通过r3和d3复位。t1次级绕组的电压略偏负，以补偿磁芯的伏秒特性，此特性会在无电流时正向偏置q3的体二极管，而q4的体二极管会阻止q5的栅源电压放电。
在q4栅极上施加的负电压不会使q4导通，因为二极管d5的正向压降使q4的栅极电压高于q5的栅极电压。因此，q5的输入电容保持在充电状态，而复位路径对此电容保持高阻状态。当q2导通时，出现在t1初级的负电压使q4导通，开始放电过程。当q4的栅源电压等于其阈值电平，或当脉冲结束时，充电过程终止。然后，q4关断，而q5的栅源电容达到最小负电压。当q2关断时，t1的磁化电流通过d4和r4复位，q4的体二极管导通，q3的体二极管阻止q5的栅源电压。二极管d6在q3和q4的栅极施加一个高电压，以保证t1次级的复位电压不会使q3进入导通状态。于是，所有晶体管都关断，而q5的栅源电容保持在放电状态。当q1再次导通时，重复这个过程。
图2是与一只1欧元硬币和一支功率晶体管相比较的驱动器原型电路。
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