在许多隔离式电源应用中,功率 MOSFET 通常采用某种形式的桥配置,用于优化电源开关和电源变压器,从而提高效率。这些桥配置创建了高侧 (HS) 和低侧 (LS) 两种开关类型。UCC277xx、UCC272xx 和 LM510x 系列等专用 HS 和 LS 栅极驱动器 IC 可在单个 IC 中为 HS 开关管以及 LS 开关管提供输出。
相比之下,某些应用通过使用单输出栅极驱动器(例如 UCC2753x 或隔离式 UCC53xx 系列),而不是将 HS 和 LS 组合为一个半桥驱动器,也能实现巨大优势。单输出驱动器的位置可以更靠近电源开关,带来更大的布局灵活性和更少的寄生效应,从而实现出色的开关性能。
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HS 开关管请参阅图 1-1 中的 Q1 和 Q2。这些开关具有浮动的源极连接,并且此基准上的电压在开关周期内会发生变化。Q3 和 Q4 被视为 LS 开关管,因为它们的源极基准连接到输入地,并且在开关周期内不会改变电压。当 Q1 和 Q3 同时导通或者 Q2 和 Q4 同时导通时,将为 Vout 供电。对于节 2 中的电路示例,我们将仅关注使用 Q1 和 Q3 的桥部分。
要在高功率应用中正确打开这些开关,通常需要栅极驱动 IC。要正确驱动 LS 开关管,通常非常简单,因为栅极驱动器的输出可以直接连接到开关的栅极,并且驱动器 IC 的 GND 连接到开关的源极。但是,要驱动 HS 开关管,还必须注意以下事项:
信号隔离
在图 2-2 中,U1 的输入使用 U3 进行隔离。U3 是电容式信号隔离器 ISO77xx。即使具有较大的共模接地压摆率,电容式隔离器也可正确地发出信号。与光耦合器相比,它们在使用寿命和温度范围内更稳定,并且没有栅极驱动变压器的占空比限制。
高侧偏置
在图 2-2 中,当 Q1 打开时,Dboot 和 Cboot 用作正确偏置 U1 的自举电路。当 Q1 关闭时,Dboot 正向偏置,并且在 Cboot 充电时,U1 直接由 Vbias1 供电。当 Q1 导通时,开关节点电压会增加到 HVDC,Dboot 被反向偏置并保护 Vbias1,并且当 Cboot 将其电荷清空到 U1 的 VDD 引脚时,U1 被供电。Cboot 产生的这种电荷必须足以在 Q1 整个导通期间使 Q1 保持开启。Dboot 和 Cboot 的大小超出了本文的讨论范围。在 UCC27712 数据表中,请参阅 来选择 Cboot,并参阅 来选择 Dboot。
在信号路径和适当偏置方面,驱动 LS 开关管的栅极相当简单。但是,在桥配置中驱动 HS MOSFET 等源极浮动的开关管会在 HS 栅极驱动器的信号路径和偏置两方面带来一些挑战。本文提供了大量电路示例,展示了使用单输出栅极驱动器实现 HS 栅极驱动的不同方法。
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