Isolated DC/DC Power Converter(二)

随着电力电子技术的不断发展，各类分立器件应用已经非常广泛。金属-氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET），以其低功耗、高频率开关速度的特点在现代电路中得到大力发展。但是随着功率开关场效应晶体管朝着高频化发展，针对场效应开关管的驱动电路设计要求也愈来愈高。作为一名FAE工程师，长期接触和服务于各类电子产品，通过掌握的一手资料发现，绝大部分开关管的损坏原因是由于驱动电路故障和隔离失效引起。设计可靠、简单的驱动电路是MOSFET在电力电子系统中可靠运行的前提。

电路设计是一项综合性较强的作业，要求要有较为全面的电子电路基础。首先熟悉元器件，要对各种元器件的特性、作用有了解；其次要熟知经典电子电路的基本拓扑结构并顺利对完整的基本拓扑结构进行串读：最后对每个位置应用元器件的作用及安规参数范围有所认识。除了上述三点基础要求，其实还有图形软件EDA的使用，要熟知PCB布线的规则要求等等，方能经行设计工作。一款终端产品往往是从简单的功能蓝图开始，即设计出来的产品要满足哪些要求，实现什么功能，这是产品的开始。而电子设计工程师往往要把这些功能要求通过专业能力转换成图形语言最后输出SCH（Schematic）原理图。

SCH（Schematic）原理图的具体设计过程是需要大量计算。上图是一个变压器隔离驱动DC/DC模块部分。图中Q1和Q2是两个高压功率MOSFET,该电路为了保障MCU输出的占空比，提高电源末端输出效率，Q1和Q2采用半桥结构。

在控制回路中，一般MCU产生PWM弱电流信号，能有效驱动功率开关管非常困难，即便是使用大电流的驱动芯片，模拟信号也存在较大电磁干扰，因此要额外增加驱动电路才能有效开启场效应管。功率电路和驱动电路电压、电流完全不同，驱动电路中引入强电会对系统造成不可逆的损坏，并且为了保障驱动电路工作的稳定性，减少电路出现电磁干扰造成的开关误动作，因此采用变压器隔离控制方式是设计驱动电路的最优方案。

如上图所示，T2为变压器，用来驱动组成半桥结构的Q1和Q2 MOSFET。当MCU U1为OH高电平信号，变压器T2次极上端感应为上正下负，下端感应为上负下正，此时Q1导通，Q2断开，输出为VHDC高电平；当MCU U1为OL低电平信号，变压器T2次极上端感应为上负下正，下端感应为上正下负，此时Q1断开，Q2导通，输出端和GND接通，输出低电平。这是上图变压器隔离驱动控制的工作机理。

稳定安全是电子电路最基本的要求，要实现电路稳定安全与进行严密的数学逻辑运算是分不开的。根据场效应(Cmos)多年服务客户经验，对经典常用电路做了部分参数的总结，这些总结信息可以帮助读者在遇到类似电路时可以更快更准确的经行相关物料选择与应用。

电阻选择

MOSFET栅极控制信号的稳定性对电路可靠性起着决定性的影响。如上图电路，由于MOSFET的栅极附近有杂散电容（包括自身寄生电容和电路并联电容），有布线原因产生的寄生电感（计算得到1mm的布线可以产生1nH电感），为了改变PWM前后的坡度和防止冲击，降低电压尖峰，在设计电路时，往往选择串入合适的电阻。具体到上面的电路中，R8和R26的值过大时，导通时间变化会很长，热损耗加剧；当R8和R26过小，电流瞬间变化(di/dt)会很大,导致管子损坏。结合这些特点，对R8和R26值的选择应依据允许电流、电压和工作频率。通常驱动电阻上图中的R8和R26阻值选择在几欧至几十欧姆之间，并可以外加反向快速恢复二极管D9和D19加快驱动关断速度。

另外需要在栅极和源极并联电阻R15和R30，叫做保护电阻，用以保护作用。避免开关动作的瞬间产生尖峰电压，驱动电路输出两端的高压会使开关管产生误动作将其击穿，这时若驱动电路输出两端加入电阻R15和R30，能把短时间产生的电能释放掉，这样就对场效应管Q1和Q2起到了保护作用。R15和R30的取值一般在1KΩ至10KΩ，不宜过大，以此来确保电荷能快速释放掉。

结论

本文结合多年工程项目经验，对场效应开关管的驱动电路进行研究，总结和归纳了在半桥拓扑结构中驱动控制电路相关参数的选择，分享给大家，希望对各位半导体从业者有所帮助。

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