2)推挽驱动电路
当电源IC驱动能力不足时可使用推挽驱动电路。推挽驱动电路能提升电流供给能力并能快速完成栅极输入电容充电。如图所示,推挽驱动电路包含一个PNP三极管及一个NPN三极管,采用互补输出。输入高电平时,上管NPN开启,下管PNP关闭,驱动MOS管开启;输入低电平时,上管NPN关闭,下管PNP开启,驱动MOS管关闭。
3)双端变压器耦合栅极驱动
双端变压器耦合栅极驱动电路可同时驱动两个MOS管,多用于高功率半桥和全桥转换器中,其电路结构如图。在第一个周期内OUTA 开启,给变压器一次绕组施加正电压,上管感应导通。在接下来的一个周期内,OUTB 开启(开启时间与OUTA相同),在磁化电感上提供极性相反的电压,下管导通。电路会产生两个双极性对称的栅极驱动电压输出,符合半桥电路的控制要求。
2、IGBT驱动
IGBT常被用于中大功率数字电源开发,其驱动电压范围为-15~15V。IGBT驱动电路分为正压驱动和负压驱动,两者的区别在于关断时的门极电位。采用负压关断可以避免因米勒电容对门极电压的抬升作用而产生的误导通风险,还可以加快关断速度,减小关断损耗,从一定程度上提高耐压。IGBT的驱动电路一般采用专用的驱动芯片,如东芝的TLP系列,富士公司的EXB系列,英飞凌的EiceDRIVER系列等。这里以东芝TLP250和英飞凌1ED020I12-F2为例进行介绍。
1)东芝TLP250芯片
在低性能的三相电压源或逆变器中,会通过监测直流母线电流来实现电流控制,检测结果可以用于IGBT的过流保护。在这类电路中对IGBT驱动电路的要求相对简单。东芝公司生产的TLP250在这种场景中应用较多,其驱动电路如图所示。TLP250内置光耦合器,其隔离电压可达2500V,上升和下降时间均小于0.5us,输出电流达0.5A,可直接驱动50A/1200V以内的IGBT。驱动器体积小,价格便宜,是不带过电流保护的IGBT驱动芯片中的理想选择。
2)英飞凌1ED020I12-F2芯片
英飞凌公司的1ED020I12F2是一款电流隔离单路IGBT驱动芯片,芯片输出电流典型值为2A,可用于600V/1200V IGBT驱动。其内部集成了无芯变压器实现电气绝缘隔离,能直接连接电源微控制器。同时,芯片具有过电流和短路保护的DESAT检测功能、有源米勒箝位功能以及两级关断(TLTO)功能,常被用于逆变器和DC/DC转换器等场合。
3、其他功率器件驱动
除了常用的MOS管和IGBT外,一些新型功率器件也广泛使用于数字电源中,如SiC MOSFET和氮化镓晶体管(GaN FET)等。SiC Mosfet管具有阻断电压高、工作频率高、耐高温能力强、通态电阻低和开关损耗小等特点,适用于高频高压场合。SiC MOSFET的驱动电压范围为-5~20V,其驱动电路设计应考虑驱动电平与驱动电流的要求,死区时间设定的要求,芯片所带的保护功能以及抗干扰性等。氮化镓晶体管与硅管相似,也是电压驱动,它的栅源极驱动电压范围为-5~6V。为了获得较小的驱动电阻, 氮化镓晶体管驱动高电平一般设置在5V左右,考虑到高频工作条件下回路的寄生感抗会引起较大的驱动振荡,驱动电压的安全裕量很小。但是GaN相对于Si MOSFET的一个重要优势在于其高频性能优异。
关于电源的驱动电路就讲到这里,想必大家已初步了解驱动电路的实现方式以及工作原理。在实际设计驱动电路时可根据使用场景要求(功率、频率、保护、驱动电压/电流等)选择合适的驱动电路形式。欢迎感兴趣的工程师们一起沟通交流!