電源設(shè)計(jì)小貼士 43：分立器件——一款可替代集成 MOSFET 驅(qū)動(dòng)器的卓越解決方案

在電源設(shè)計(jì)小貼士 #42 中，我們討論了 MOSFET 柵極驅(qū)動(dòng)電路中使用的發(fā)射器跟蹤器，并且了解到利用小型 SOT-23 晶體管便可以實(shí)現(xiàn) 2A 范圍的驅(qū)動(dòng)電流。在本設(shè)計(jì)小貼士中，我們來(lái)了解一下自驅(qū)動(dòng)同整流器并探討何時(shí)需要分立驅(qū)動(dòng)器來(lái)保護(hù)同步整流器柵極免受過(guò)高電壓帶來(lái)的損壞。理想情況下，您可以利用電源變壓器直接驅(qū)動(dòng)同步整流器，但是由于寬泛的輸入電壓變量，變壓器電壓會(huì)變得很高以至于可能會(huì)損壞同步整流器。
 
圖 1 顯示的是用于控制同步反向拓?fù)渲?Q2 傳導(dǎo)的分立器件。該電路可以讓您控制開(kāi)啟柵極電流并保護(hù)整流器柵極免受高反向電壓的損壞。該電路可以用變壓器輸出端的負(fù)電壓進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。12V 輸入與 5V 輸出相比負(fù)電壓值很大，從而引起 Q1 傳導(dǎo)并短路電源 FET Q2 上的柵-源電壓，迅速將其關(guān)閉。由于基極電流流經(jīng) R2，因此在加速電容 C1 上就有了一個(gè)負(fù)電壓。在此期間，一次側(cè) FET 將會(huì)發(fā)生傳導(dǎo)并在變壓器磁化電感中存儲(chǔ)能量。一次側(cè) FET 關(guān)閉時(shí)，變壓器輸出電壓在正電壓范圍擺動(dòng)。Q2 柵-源通過(guò) D1 和 R1 被迅速前向偏置。C1 放電時(shí)，D2 對(duì) Q1 基極-發(fā)射極連接進(jìn)行保護(hù)。在一次側(cè) FET 再次開(kāi)啟之前，該電路會(huì)一直保持這種狀態(tài)。正如同步降壓轉(zhuǎn)換器那樣，輸出電流會(huì)真正地對(duì)輸出電容進(jìn)行放電。開(kāi)啟一次側(cè) FET 會(huì)衰減變壓器二次側(cè)上的電壓并去除 Q2 的正驅(qū)動(dòng)。這種轉(zhuǎn)換會(huì)導(dǎo)致明顯的貫通疊加一次側(cè) FET 和 Q2 傳導(dǎo)次數(shù)。為了最小化該次數(shù)，當(dāng)一次側(cè)和二次側(cè) FET 均開(kāi)啟時(shí)，Q1 將會(huì)盡快地短路同步整流器上的柵－源。

圖 1 Q1 快速關(guān)閉同步反向 FET Q2　
圖 2 顯示的是用于控制同步正向轉(zhuǎn)換器中 Q1 和 Q4 傳導(dǎo)的分立驅(qū)動(dòng)器。在此特殊的設(shè)計(jì)中，輸入電壓很寬泛。這就是說(shuō)兩個(gè) FET 的柵極可能會(huì)有超過(guò)其額定電壓的情況，因此就需要一個(gè)鉗位電路。當(dāng)變壓器輸出電壓為負(fù)數(shù)，該電路就會(huì)開(kāi)啟 Q4。二極管 D2 和 D4 將正驅(qū)動(dòng)電壓限制在 4.5V 左右。D1 和D3 將 FET 關(guān)閉， 該 FET 由變壓器和電感中的電流進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。Q1 和 Q4 將反向柵極電壓鉗位到接地。在此設(shè)計(jì)中，F(xiàn)ET 具有相當(dāng)小柵極電感，因此轉(zhuǎn)換非常迅速。較大的 FET 可能需要實(shí)施一個(gè) PNP 晶體管對(duì)變壓器繞組進(jìn)行柵極電容去耦并提升開(kāi)關(guān)速度。為柵極驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換器 Q2 和 Q3 選擇合適的封裝至關(guān)重要，因?yàn)檫@些封裝會(huì)消耗轉(zhuǎn)換器中大量的電能（這是因?yàn)樵?FET 柵極電容放電期間這些封裝會(huì)起到線性穩(wěn)壓器的作用）。此外，由于更高的輸出電壓，R1 和 R2 中的功耗可能也會(huì)很高。 [!--empirenews.page--]

圖 2 D2 和 D4 限制了該同步正向驅(qū)動(dòng)器中正柵極電壓

總之，許多具有同步整流器的電源都可以使用變壓器的繞組電壓來(lái)驅(qū)動(dòng)同步整流器的柵極。寬范圍輸入或高輸出電壓需要調(diào)節(jié)電路來(lái)保護(hù)柵極。在圖 1 所示的同步反向結(jié)構(gòu)中，我們向您介紹了如何在保持快速的開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換的同時(shí)控制同步整流器柵極上的反向電壓。與之相類(lèi)似在圖 2 的同步正向結(jié)構(gòu)中，我們向您介紹了如何限制同步整流器柵極上的正驅(qū)動(dòng)電壓。

下次我們將討論高 di/dt 負(fù)載瞬態(tài)負(fù)載以及其在設(shè)計(jì)和測(cè)試電源時(shí)的意義，敬請(qǐng)期待。