利用低端柵極驅(qū)動(dòng)器IC進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)

　　低端柵極驅(qū)動(dòng)器IC是專用放大器，普遍用于電源設(shè)計(jì)中，根據(jù)來(lái)自PWM控制器的輸入信號(hào)開關(guān)接地參考MOSFET和 IGBT。對(duì)于低于100~200W的低功率轉(zhuǎn)換器，這些驅(qū)動(dòng)器可以成功地集成到PWM控制器中以減少元件數(shù)，只要滿足一定條件便沒(méi)有問(wèn)題。這些條件包括：MOSFET開關(guān)速度足夠快，讓開關(guān)損耗在可接受的范圍內(nèi);較高驅(qū)動(dòng)電流脈沖產(chǎn)生的噪聲不會(huì)干擾控制功能;以及PWM IC的板上散熱易于管理。另一方面，在較高功率的轉(zhuǎn)換器中，一般采用單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)器IC以提供更大的驅(qū)動(dòng)功率或更方便地管理噪聲和散熱。此外，通過(guò)對(duì)控制器采用更低的電源電壓，以及采用較高電壓來(lái)驅(qū)動(dòng)功率開關(guān)，可以提高電源效率，而柵極驅(qū)動(dòng)器IC能夠很好地完成這種電平轉(zhuǎn)換工作。

　　為節(jié)約成本，有時(shí)也采用分立式元件來(lái)搭建簡(jiǎn)單的柵極驅(qū)動(dòng)電路，在不需要具有先進(jìn)功能及性能的驅(qū)動(dòng)器IC時(shí)，這樣做是可行的。不過(guò)，這種方案有不少局限性。例如，如果選定NPN/PNP射極跟隨器的輸出級(jí)，偏置電路的設(shè)計(jì)就必須謹(jǐn)慎，當(dāng)晶體管的輸出飽和電壓高至快速開關(guān)電壓時(shí)，會(huì)致使輸出電壓的擺幅減小。如果在輸出端改用PMOS/NMOS反向器，控制邏輯必須適應(yīng)這種邏輯轉(zhuǎn)換，而且當(dāng)驅(qū)動(dòng)器改變狀態(tài)時(shí)一般有部分擊穿。利用上述兩種技術(shù)的任一種，這種低增益級(jí)都需要輸入快速邊緣來(lái)產(chǎn)生快速的切換，需要更多的電路來(lái)執(zhí)行電壓級(jí)轉(zhuǎn)換等功能，而元件數(shù)的增加對(duì)空間、裝配時(shí)間及可靠性都有不良影響。

　　柵極驅(qū)動(dòng)器IC能夠解決上述大部分問(wèn)題。它們集成有使能和欠壓鎖定(UVLO)等功能，可以輕松地在啟動(dòng)、關(guān)斷和發(fā)生故障等最棘手的工作條件下控制功率開關(guān)。很小的邏輯門就能夠很容易地驅(qū)動(dòng)高阻抗輸入，而且由于驅(qū)動(dòng)器IC包含有帶正反饋的高增益電路，故只要輸入電壓超過(guò)閾值，輸出總是能夠快速切換。當(dāng)IC需要設(shè)計(jì)以防止閾值電壓隨過(guò)熱波動(dòng)時(shí)，很容易通過(guò)在輸入端添加簡(jiǎn)單的RC電路來(lái)插入一個(gè)固定延時(shí)。

　　驅(qū)動(dòng)器大小的決定

　　使用低端驅(qū)動(dòng)器的兩類常見開關(guān)是具有硬開關(guān)拓?fù)涞某跫?jí)端開關(guān)特征的鉗位感應(yīng)開關(guān)，以及同步整流。決定驅(qū)動(dòng)器大小的標(biāo)準(zhǔn)各不相同，這里做一個(gè)檢閱。

　　圖1所示為鉗位感應(yīng)開關(guān)的理想導(dǎo)通波形，其特征是漏源電流的上升和漏源電壓的下降之間沒(méi)有重疊。這產(chǎn)生最差情況的開關(guān)損耗，通常表示為整個(gè)轉(zhuǎn)換器開關(guān)時(shí)間TS上的平均功耗，即使實(shí)際功耗只發(fā)生在圖中的t2和t3上。

　　(t2+t3)的長(zhǎng)度取決于平均柵極驅(qū)動(dòng)電流IG和MOSFET柵極穿越這些時(shí)間間隔所必需的電荷量，兩者都可以在 MOSFET規(guī)格中找到，或者是從總柵極電荷曲線上讀取。

　　關(guān)斷波形是圖1的鏡像圖形，可以采用類似的方法計(jì)算關(guān)斷開關(guān)損耗，并代入式(1)，求出該功率開關(guān)的總開關(guān)損耗。從這些式子可明顯看出，在損耗時(shí)間間隔內(nèi)，開關(guān)損耗與柵極驅(qū)動(dòng)電流成反比。對(duì)于鉗位感應(yīng)開關(guān)，開關(guān)損耗是決定柵極驅(qū)動(dòng)器大小的主要指標(biāo)。事實(shí)上，當(dāng)它的輸出電壓接近工作范圍中間值時(shí)，最重要的驅(qū)動(dòng)器特性是其輸出電流。