概述

開(kāi)關(guān)電源中大功率器件驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)一向是電源領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)之一。普通大功率三極管和絕緣柵功率器件(包括VMOS場(chǎng)效應(yīng)管和IGBT絕緣柵雙極性大功率管等),由于器件結(jié)構(gòu)的不同,具體的驅(qū)動(dòng)要求和技術(shù)也大不相同。前者屬于電流控制器件,要求合適的電流波形來(lái)驅(qū)動(dòng);后者屬于電場(chǎng)控制器件,要求一定的電壓來(lái)驅(qū)動(dòng)。本文只介紹后者的情況。

VMOS場(chǎng)效應(yīng)管(以及IGBT絕緣柵雙極性大功率管等器件)的源極和柵極之間是絕緣的二氧化硅結(jié)構(gòu)，直流電不能通過(guò),因而低頻的靜態(tài)驅(qū)動(dòng)功率接近于零。但是柵極和源極之間構(gòu)成了一個(gè)柵極電容Cgs，因而在高頻率的交替開(kāi)通和關(guān)斷時(shí)需要一定的動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)功率。小功率VMOS管的Cgs一般在10-100pF之內(nèi),對(duì)于大功率的絕緣柵功率器件,由于柵極電容Cgs較大，在1-100nF,甚至更大,因而需要較大的動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)功率。更由于漏極到柵極的密勒電容Cdg,柵極驅(qū)動(dòng)功率是不可忽視的。

為可靠驅(qū)動(dòng)絕緣柵器件，目前已有很多成熟電路。當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)與功率器件不需要隔離時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)是比較簡(jiǎn)單的，目前也有了一些優(yōu)秀的驅(qū)動(dòng)集成電路，如IR2110。當(dāng)需要驅(qū)動(dòng)器的輸入端與輸出端電氣隔離時(shí)，一般有兩種途徑：采用光電耦合器，或是利用脈沖變壓器來(lái)提供電氣隔離。

光電耦合器的優(yōu)點(diǎn)是體積小巧,缺點(diǎn)是：A.反應(yīng)較慢，因而具有較大的延遲時(shí)間(高速型光耦一般也大于500ns);B.光電耦合器的輸出級(jí)需要隔離的輔助電源供電。

用脈沖變壓器隔離驅(qū)動(dòng)絕緣柵功率器件有三種方法：無(wú)源、有源和自給電源驅(qū)動(dòng)。

無(wú)源方法就是用變壓器次級(jí)的輸出直接驅(qū)動(dòng)絕緣柵器件，這種方法很簡(jiǎn)單，也不需要單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)電源，但由于絕緣柵功率器件的柵源電容Cgs一般較大，因而柵源間的波形Vgs將有明顯變形，除非將初級(jí)的輸入信號(hào)改為具有一定功率的大信號(hào)，相應(yīng)脈沖變壓器也應(yīng)取較大體積。

有源方法中的變壓器只提供隔離的信號(hào)，在次級(jí)另有整形放大電路來(lái)驅(qū)動(dòng)絕緣柵功率器件，當(dāng)然驅(qū)動(dòng)波形好，但是需要另外提供隔離的輔助電源供給放大器。而輔助電源如果處理不當(dāng)，可能會(huì)引進(jìn)寄生的干擾。

自給電源方法的已有技術(shù)是對(duì)PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行高頻(1MHz以上)調(diào)制，該信號(hào)加在隔離脈沖變壓器的初級(jí)，在次級(jí)通過(guò)直接整流得到自給電源，而原PWM調(diào)制信號(hào)則需經(jīng)過(guò)解調(diào)取得，顯然，這種方法并不簡(jiǎn)單,價(jià)格當(dāng)然也較高。調(diào)制的優(yōu)點(diǎn)是可以傳遞的占空比不受限制。

當(dāng)前市場(chǎng)上的成品驅(qū)動(dòng)器,按驅(qū)動(dòng)信號(hào)與被驅(qū)動(dòng)的絕緣柵器件的電氣關(guān)系來(lái)分,可分為直接驅(qū)動(dòng)和隔離驅(qū)動(dòng)兩種,其中隔離驅(qū)動(dòng)的隔離元件有光電耦合器和脈沖變壓器兩種。