摘要
在太阳能优化器应用中，降压拓扑经常用于整个系统的功率级。因此，要驱动降压电路内的 FET，半桥栅极驱动器是一种简单方法。但在太阳能优化器或其他一些应用中，通常需要高侧 FET 以 100% 占空比运行。具有自举二极管和电容器的通用半桥栅极驱动器无法实现高侧 FET 的 100% 占空比。本应用手册先介绍了为什么高侧 FET 可以在优化器中以 100% 占空比运行的背景情况。随后介绍了一种使用半桥栅极驱动器实现 100% 占空比的设计。此外，还通过理论和仿真分析了设计中可能出现的风险。在理论和仿真的基础上，还完成了比较实验以进行验证。本手册最后介绍了避免这些风险的设计注意事项和建议。
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1 简介
太阳能优化器常用于在串式逆变器系统中更大限度地提高太阳能电池板的输出功率。为实现这一目标，优化器控制中广泛采用了 MPPT（最大功率点跟踪）算法。MPPT 的基本逻辑是调节优化器的输出电压，这意味着根据输出阻抗来调整 FET 的占空比。优化器中通常使用降压拓扑。当太阳能电池板在最大功率点运行时，如果它的输出电压等于或低于降压转换器的输出电压，优化器就会进入直通模式。
在直通模式下，太阳能电池板的输出功率可直接传递到优化器的输出，这就需要降压转换器的高侧 FET 以 100% 占空比运行，并且低侧 FET 关断。
实际上，FET 的 PWM 信号可以与死区时间互补。而且对于两个 FET 的占空比，高侧 FET 不能直接达到 100% 占空比，低侧 FET 不能从 50% 直接降至 0% 占空比。为实现 MPPT，假设 FET 的两个占空比都是 50%。如果从此刻起光强度持续下降，那么优化器的输入电压，也就是太阳能电池板的输出电压会相应降低。当控制器检测到输出电压低于阈值时，高侧 FET 的占空比会逐渐增加到 100%。
如果我们希望在前面提到的场景中成功使用半桥栅极驱动器，需要考虑两个步骤。第一步是考虑如何实现高侧 FET 的 100% 占空比，另一步是考虑我们在设计过程中可能遇到的风险以及如何解决风险。
2 特定应用场景中的设计和潜在风险
在常见的半桥栅极驱动器中，自举电路通常用于通过一个电源驱动两个 FET。但具有自举电路配置的半桥栅极驱动器无法以 100% 的占空比驱动高侧 FET。因为低侧 FET 必须导通一定时间，电源才能通过自举二极管为自举电容器充电。否则，自举电容器可能无法提供电源来驱动高侧 FET。
要使用半桥栅极驱动器实现 100% 占空比，一种设计是在栅极驱动器的 HB 和 HS 引脚之间添加额外电源。图 2-1 显示了具体的原理图。然后，可通过此额外电源而不是自举电容器来提供驱动高侧 FET 的能量。高侧 FET 接着能够以 100% 占空比工作。
图 2-1 建议设计概述潜在风险主要来自于两个原因：
- 高占空比会导致自举二极管中产生高电流应力。
例如，在优化器的直通模式下，高侧 FET 的占空比会逐渐增加到 100%。因此，在转换过程结束时，持续一段时间的高占空比情况会让自举二极管承受高电流应力。 - HB、HS 引脚中连接的额外电源的影响。
实际上，增加一个额外电源可以让栅极驱动器以 100% 占空比驱动高侧 FET。但要，要确保栅极驱动器正常工作，还需在该过程中考虑一些设计注意事项。如原因 1 中所述，设计不当会导致转换过程中自举二极管的电流应力增加。
下面将详细分析这两个原因。
