隔離驅動有多種實現方法,目前最實用的是變壓器隔離方案。變壓器隔離驅動唯一需要解決的是勵磁電感復位問題,比較常見的是隔直電容解決方案,見下圖。
圖1 帶隔直電容的變壓器隔離驅動
圖1這種方案設計的很巧妙,電路器件少、驅動波形理想,開關應力小。但這種電路只在穩態下工作良好,一旦占空比大范圍變動就會出現占空比丟失或開關誤導通的問題。
隔離驅動有多種實現方法,目前最實用的是變壓器隔離方案。變壓器隔離驅動唯一需要解決的是勵磁電感復位問題,比較常見的是隔直電容解決方案,見下圖。
圖1 帶隔直電容的變壓器隔離驅動
圖1這種方案設計的很巧妙,電路器件少、驅動波形理想,開關應力小。但這種電路只在穩態下工作良好,一旦占空比大范圍變動就會出現占空比丟失或開關誤導通的問題。
第二種思路也是一種新的思路實現方法極其簡單,核心思路是一分為二、合二為一。
圖4 D觸發器實現的信號一分二
如圖4所示利用一個D觸發器實現一分頻電路結果相當于占空比減半,如果輸入的是直流信號則輸出的也只是占空比為50%的信號,隔離變壓器的磁復位問題就容易解決了。
D觸發器是依靠信號邊緣動作的如果輸入是直流信號則無法產生邊沿信號,這里利用一固定時鐘信號產生兩分頻動作從而不依賴輸入信號可實現對包括直流信號在內的任意頻率、任意占空比信號的驅動。
圖5 通用型變壓器隔離驅動模塊驅動Buck電路
圖5通用模塊中由一個時鐘信號、一個非門、兩個與門構成“分頻”器保證隔離變壓器上的信號占空比不大于50%,隔離變壓器的磁復位可采用雙繞組、RCD,雙管等,隔離變壓器的次邊通過兩個二極管實現“或”功能將兩路信號合二為一,通過兩個PNP三極管實現對零信號的處理,仿真波形如下:
圖6 驅動信號及勵磁電流
電路特點:
1、 時鐘信號與輸入信號無關,不存在時序問題,輸入信號的頻率和占空比可以任意(可直流輸入)。
2、 功耗低,最大峰值勵磁電流Ipk_Lm.Max=0.5*Vcc*T.clock/Lm,如果變壓器初級采用雙管或雙繞組結構損耗極低。
3、 成本低,雖然用到了兩個變壓器但每個變壓器只工作于半載理論上總成本不會增加。并且利用隔直電容實現的變壓器隔離驅動電路在初上電及占空比變化時勵磁電流會發生較大漂移所以設計變壓器時要留有余量導致體積和成本增加,而這里的電路是不需要留余量的。
4、 可模塊化,因為不受輸入信號頻率的影響所以隔離變壓器可以采用標準化產品,進而整個驅動模塊也可以實現標準化生產,批量生產導可使成本進一步降低。
用三極管實現的低成本隔離驅動電路如下:
圖7-1變壓器隔離驅動模塊(三極管版)
加在隔離變壓器上的驅動電壓為輸入PWM信號及自激震蕩信號(50%占空比)調制的結果用以解決變壓器的磁復位問題。
輸入接口通過一個NPN三極管拓展輸入信號電壓范圍,輸出Vgs電壓約等于模塊的供電電壓Vcc乘以匝比n,可以接MOS管或者其它需要隔離的應用場合。
如果輸入PWM信號頻率低于震蕩器頻率則隔離變壓器工作頻率為震蕩器頻率,見下圖:
圖7-2 輸入PWM信號頻率低于震蕩器頻率
如果輸入PWM信號頻率高于振蕩器頻率則隔離變壓器工作頻率以PWM頻率為主,見下圖:
圖7-3 輸入pwm頻率高于振蕩器頻率