具有寬占空因子范圍的隔離式MOSFET驅動器

如圖1，調制方法使人們有可能在很寬的占空因子范圍內實現功率MOSFET 的隔離式柵極驅動電路。
　　圖1所示電路主要用途是用于驅動頻率范圍為 1 Hz 至 300 kHz、占空因子為 0 ~ 100%的功率 MOSFET。使用一個無鐵芯的印制電路板變壓器就可以實現這一目標。大多數功率電子電路的開關頻率都在數赫至幾百千赫的范圍內。為了設計一個開關頻率低于300kHZ的無鐵芯隔離式變壓器的柵極驅動電路，你可以用一個低頻控制信號調制一個高頻載波。初級的能量可通過使用 3 MHz 高頻載波信號來傳送。柵極控制信號通過調制過程耦合到次級輸出端。二進制計數器 IC3對時鐘振蕩器 IC2產生的 24MHz 信號進行八分頻，獲得3MHz 信號。純/互補緩沖器 IC6產生兩個互補的3MHz信號，兩者間延遲很小。“與非”門 IC5實現調制過程。


圖2，頂部跡線為流經變壓器次級的交流信號，底部跡線為低頻控制電壓。
　　本設計利用C3的電容值來獲得工作頻率下的最大阻抗。一個倍壓器(D1、D2、C4)提供柵極驅動電壓。本設計將一塊 555（IC7）用作一個施密特觸發器，因為555的功耗小。D3 防止 C6 中儲存的能量泄放到R1中。正如你從圖2中看到的，當控制電壓很高時，一個 3MHz 的交流信號出現在變壓器初級上，從而給電容器 C5 和貯能電容器 C6 充電。 IC7 的輸入端變為高電平，從而使 MOSFET 導通。當控制電壓變為低電平時，變壓器初級上的電壓下降為零，IC7的輸入端變為低電平，MOSFET 截止。圖2和圖3示出了控制電壓、變壓器次級電壓以及 MOSFET 柵極電壓。


圖3，頂部跡線為 MOSFET 的柵極驅動電壓；底部跡線為變壓器次級的交流信號。
圖4，在3MHz時變壓器輸入阻抗的峰值。
　　變壓器的尺寸和3MHz 載波頻率使次級、初級電壓具有很好的關系從而使柵級驅動電路的輸入功率減到最小程度。變壓器在電路板底部有一個圓形螺旋初級繞組。初級繞組為 20 匝 0.3mm 寬的導體。環形螺旋次級繞組在電路板的正面，為 15 匝 0.4mm 導體。兩個繞組的導體厚度均為 35μm，最外沿半徑為 25 mm。電路板厚度為 1.54 mm。圖 4 示出了在變壓器次級繞組終接 C3的情況下變壓器輸入阻抗的頻率圖。網絡分析儀顯示，最大阻抗出現在大約3MHz。圖5是一個工作原型的照片。
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