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1.引言 開(kāi)關(guān)電源發(fā)展趨勢是工作頻率越來(lái)越高,實(shí)用頻率已接近或超過(guò)1MHz,且超大功率器件的驅動(dòng)也比較困難,隨著(zhù)使用頻率的進(jìn)一步提高,高速開(kāi)關(guān)與大功率M0SFET的轉換(過(guò)渡)過(guò)程就成為整個(gè)開(kāi)關(guān)過(guò)程的重要因素。轉換過(guò)程的快慢,不僅決定了工作頻率的設計指標,而且對開(kāi)關(guān)電源的效率、可靠性、壽命等帶來(lái)了很大影響。保護線(xiàn)路是否靈敏、可靠與完善,與開(kāi)關(guān)器件的安全運行至關(guān)重要。 2.常規驅動(dòng)與保護電路 通常設計的驅動(dòng)電路,多為采用脈沖變壓器耦合,優(yōu)點(diǎn)是:結構簡(jiǎn)單,適用中小變換設備上。缺點(diǎn)是:不適用大型設備上的大功率M0SFET或IGBT器件,而且存在波形失真,容易振蕩,尤其是脈沖變壓器耦合不良漏感偏大時(shí)更為嚴重,抗干擾與抑制誤觸能力低。這是一種無(wú)源驅動(dòng)器,而高頻大功率器件M0SFET與IGBT,宜采用有源驅動(dòng)器。 通常保護電路,利用互感器實(shí)現電流--電壓的比值轉換,信號的電平高于穩壓管穩壓值輸入PWM芯片的保護腳截止振蕩工作的保護方式。這種電路的缺點(diǎn)是:響應速度慢,動(dòng)作遲緩,對短路性電流增長(cháng)過(guò)快下,可能來(lái)不及動(dòng)作。 而采用電子高速檢測保護電路,則過(guò)流動(dòng)作響應速度極快,可靠性高,效果好,是一種理想的保護電路,克服了利用互感器的一些不足。 2.1 驅動(dòng)電路（電壓型）： 如圖1所示:圖1(a)適合于低頻小電流驅動(dòng)。當控制信號Vi為高電平時(shí)，V1導通，輸出Vo對應控制的開(kāi)關(guān)管（IGBT）導通；當控制信號Vi為低電平時(shí)，V2導通，輸出Vo對應控制的開(kāi)關(guān)管（IGBT）被關(guān)斷。 圖1(b)采用場(chǎng)效應管組成推挽電路，其工作原理同圖1(a),這種電路高頻峰值驅動(dòng)電流可達10A以上,適用于大功率M0SFET或IGBT。 2．2 電子高速檢測保護電路： 如圖2所示:在正常工作時(shí),V2導通VDS處于低電平,A點(diǎn)電位通過(guò)D2回流至D點(diǎn)，因為漏極處于低電位，所以A點(diǎn)也處于低電位狀態(tài),不對V1產(chǎn)生偏置構成對V2的影響。 當M0SFET過(guò)流時(shí),漏極電壓VDS迅速上升,D2承受反向電壓截止,由R1、C1的充電作用,A點(diǎn)電位開(kāi)始升高,直到使V1導通,將G極電位下拉接近0V,從而使M0SFET可靠關(guān)斷而處于截止狀態(tài),限制了過(guò)電流。R1、C1有兩個(gè)作用,其一是當FET的柵極加速向偏置信號使其導通瞬間,C1瞬間短路,保持V1的截止狀態(tài),以至不影響FET的開(kāi)通,當C1充電電壓上升時(shí),還沒(méi)到V1開(kāi)通,FET已經(jīng)開(kāi)通,由D2的作用,使A點(diǎn)箝位,V1始終不開(kāi)通,FET正常工作。其二是當FET過(guò)流時(shí),VDS迅速上升,D2立即反向截止,A點(diǎn)電位開(kāi)始積分延時(shí),當積分到V1開(kāi)通時(shí),FET截止,這段時(shí)間為保護動(dòng)作時(shí)間,是由R1和C1的參數決定的。這種過(guò)電流保護電路可以在0.1μS級的時(shí)間內將過(guò)電流FET關(guān)斷。圖中D2選用高壓超快恢復型二極管,D3選低壓超快恢復型肖特基二植管,可消除D4穩壓管存在較大結電容形成電荷位移電流對V1的影響。 3．驅動(dòng)保護二合一電路 將上述的驅動(dòng)電路與保護電路結合起來(lái),兩者功能將一體化，是本線(xiàn)路的獨到之處。實(shí)用電路如圖3所示: 3．1 實(shí)用驅動(dòng)保護二合一電路 圖3適用于低頻小功率驅動(dòng),如果將雙極型NPN與PNP三極管換成N溝道與P溝道大功率場(chǎng)管后就可形成高頻大電流驅動(dòng)器。 圖中不采用光電耦合器作信號隔離而用磁環(huán)變壓器耦合方波信號,簡(jiǎn)單而且不存在光電耦合器的上升下降波沿,光電管速度不可能過(guò)快,變壓器傳輸可獲得陡直上升下降波沿,幾乎沒(méi)有傳輸延時(shí)。使用高頻大功率的MOSFET驅動(dòng)器,無(wú)論使用何種器件（VMOS或IGBT）,都能獲得很好的效果。 本電路驅動(dòng)速度快,過(guò)流保護動(dòng)作關(guān)斷快,是比較理想的驅動(dòng)保護二合一實(shí)用電路。 3.2采用肖特基管的驅動(dòng)保護電路 如圖4所示:圖中D4選用高頻低壓降肖特基管,用于V1的抗過(guò)飽,減小存儲時(shí)間提高關(guān)斷速度。D2用超快恢復二極管。其工作原理:C1對開(kāi)通瞬間不能突變,有兩個(gè)作用:一是方波高于ZW穩壓值使V1基極偏置而導通,經(jīng)R5與D3對FET驅動(dòng)導通后漏極處低電平D2導通箝位，V1的偏置回路維持導通,電容C1始終處于低電平。當發(fā)生過(guò)流時(shí),VDS迅速上升,ZW低于穩壓值將失去導通回路V1將截止。二是R3與C1形成積分延時(shí),并且C1可通過(guò)R3在負半周的負電位而更加可靠地開(kāi)通V1。 3.3 增加軟關(guān)斷技術(shù)的驅動(dòng)保護電路 對于IGBT器件增加軟關(guān)斷技術(shù)的電路如圖5所示： 本電路原理與圖3類(lèi)似,僅增加軟關(guān)斷功能。 4.結語(yǔ) 隨著(zhù)開(kāi)關(guān)電源新技術(shù)的不斷發(fā)展，如何進(jìn)一提高開(kāi)關(guān)電源的效率和可靠性，是主要考慮的問(wèn)題，因而選擇合適的驅動(dòng)保護電路十分重要。 |
