图(01)
图(01)中我们见到驱动变压器T1具有两个次级,反相驱动两个功率开关MOS管Q1和Q2。
与上次贴出的SG3525经变压器驱动半桥电路不同之处,紧张是变压器低级两端各有一支二极管接地。

无论是并联推挽(即两个功率开关管通过低级具有中央抽头的输出变压器耦合),半桥(可称为串联推挽),还是全桥,两个功率开关管(对全桥来说是对角线上两个开关管为一组,两组开关管)中电流该当是互补对称,相位相差180°且带有“去世区”(两个功率管均不导通)的波形。如图(02)和图(03)所示。之以是必须相位相差180°且带有“去世区”,乃是为了避免“共同导通”(后面将有阐述)。
图(02)
图(02)是占空比较大时两个功率开关管中的电流波形。
图(03)
图(03)是占空比较小时两个功率开关管中的电流波形。
既然功率开关管中电流是这样的波形,那么驱动功率开关管门极的电压波形也该当是如图(04)和图(05)那样的波形。
图(04)
图(04)是占空比较大时两个功率开关管门极电压波形。
图(05)
图(05)是占空比较小时两个功率开关管门极电压波形。
图(04)和图(05)同时也是UC1525A的11脚和14脚(两路输出端)的电压波形。事实上,UC1525A两个输出端输出的正是互补对称,相位相差180°且带有去世区(两个功率管均不导通)的波形。
驱动变压器低级两端电压是UC1525A两个输出端电压之差(不是和!
),以是驱动变压器低级两端电压波形如图(06)和图(07)所示。
图(06)
图(06)显示的是占空比较大时驱动变压器低级两端的电压波形。
把稳赤色箭头所指处低级两端电压为零,这便是所谓“去世区”。设置“去世区”目的是要半桥高下两管均不导通。如果半桥高下两管同时导通,那么电源将通过两管短路,两管均会流过很大的电流。这种现像叫“共同导通”,其后果可能是灾害性的,功率管很可能会烧毁。
图(07)
图(07)显示的是占空比较小时驱动变压器低级两端的电压波形。
“去世区”决不可省,由于MOS管关断延迟韶光总是比开通延迟韶光要长一点(参考各种型号MOS管datasheet),双极型三极管就更不用说了,关断比开通慢得多。也便是说,驱动变压器低级纵然施加的是矩形方波(没有去世区),半桥的高下两管也必定会有短暂的“共同导通”,这段韶光便是管子关断延迟韶光与开通延迟韶光的差,一支管子尚未关断而另一支管子已经导通。
正是考虑到避免“共同导通”,以是任何双端输出的开关电源掌握芯片都设置了“去世区”,某些型号的芯片,乃至可以用外部元件调度“去世区”韶光,例如TL494的“去世区”韶光就可以从外部调节。
图(08)
现在我们看看在PWM的一个周期内都发生了些什么事情。
图(08)是中等占空比时驱动变压器低级两端电压波形,图(09)是分立元件Q1~Q4构成全桥,全桥的输出供变压器T驱动大功率半桥的电路。
首先,这样的波形对变压器来说可以实现,由于横轴上面和横轴下面面积相等,即一个周期内伏秒积为零,变压器铁芯不会因伏秒积不为零而涌现磁饱和。
图(08)中时候0到时候t1,Q2和Q3导通,Q1和Q4关断,变压器T低级绕组Z1两端电压极性如图中正负符号所示。由变压器各绕组同名端可知,次级绕组Z2和Z3两端电压极性如图(08)所示,MOS管T1门极对源极为正,T1该当导通。而T2门极对源极为负,这没有关系。目前利用的大功率MOS管都是增强型,对N沟道MOS管,门极对源极电压为零固然MOS管关断,门极对源极为负仍旧是关断。
时候0到时候t1,电流方向如图(08)中赤色箭头所示。千万把稳:MOS管门极源极之间不是电阻,而表现为一个电容,以是在矩形波的前沿瞬间电流很大,随即降落到相称小,在时候0到时候t1这段韶光内电流变革很大,并非总是一样大的。以是赤色箭头只表示电流方向,并不表示电流大小。
图(09)
时候t1,两支MOS管该当关断,驱动旗子暗记该当为零。此时候该当让Q3关断而Q2Q4导通,以便驱动变压器三个绕组两端电压均为零。
但是前面已经说过,MOS管门极与源极之间是个电容,这个电容已经在0~t1这段韶光里面被充电。现在要让门极与源极之间电压为零,这个电容必须放电,无论T1还是T2门极电容都必须放电。放电过程中,门极源极之间电容从能量角度来说是电源,变压器绕组Z2和Z3成为低级,而Z1是次级。两MOS管门极电容放电电流方向如绿色箭头所示。
Q4已经导通,电流从Q4集电极流向发射极,这没有问题。问题是电流不可能从Q2发射极流向集电极,由于Q2基极对发射极为正(这样Q2才会导通),电流将流入Q2基极,而基极电路常日阻抗较高。于是,变压器绕组Z1两端不能形成短路,T1和T2门极电容也就不能放电,T1无法关断。
以是,Q2和Q4必须反并联二极管,图中可见:绿色箭头方向的电流可以经二极管D1形成回路,也便是说,时候t1到时候t2这段韶光里面绕组Z1被Q4和D1近似短路。由变压器特性可知,Z2和Z3绕组也相称于短路,T1和T2门极放电,门极对源极电压靠近于零,T1和T2均关断。这样才符合我们的哀求。
显然,Q4反并联的二极管D2是供时候t3到时候t4这段韶光里面短路Z1之用。也便是MOS管T2从导通到关断。两个MOS管门极电容放电之用。
D1和D2最好是利用萧特基二极管,压降较小,使得变压器Z1绕组在两个MOS管须要关断时更靠近于空想的短路。
显然,只有具备了与三极管反并联的二极管D1和D2,我们才能够利用变压器驱动半桥或者全桥,而且变压器在每个周期中均能够实现磁复位(伏秒积为零)铁芯不会进入磁饱和。改变占空比时仍旧能够担保变压器不会磁饱和,且半桥两个功率管均正常开关。这便是图(01)中二极管D1和D2的由来。
二极管D1和D2也可以与Q1和Q3并联,不过那样的话,Q1~Q4的驱动顺序必须改变:要变压器绕组Z1两端短路,必须让Q1和Q3导通,而Q2和Q4关断。D1D2并联于Q1Q3时的驱动波形和D1D2并联于Q2Q4时的驱动波形不一样。