半桥拓扑结构高端MOSFET驱动方案选择：变压器还是硅芯片？

变压器驱动方案

　　基于变压器的高端MOSFET驱动方案在设计过程中涉及到一些重要的考虑因素。例如，由于是对地参考点浮动驱动，如果设计中存在400 V功率因数校正(PFC)电路，则要保持500 V隔离。此外，要将漏电感减至最小，否则输出与输入绕组之间的延迟可能会损坏功率MOSFET。要遵守法拉第定律，保持V*T乘积恒定，否则会饱和。要保持足够裕量，防止饱和，尤其是在交流高压输入和瞬态负载的情况下。要使用高磁导率铁芯，从而将励磁电流(IM)降至最低。要保持高灌电流(sink current)能力，使开关速度加快。

　　基于变压器的驱动方案包含两种主要类型，分别是单驱动(DRV)输入和双驱动输入，参见图2a及图2b。单驱动输入方案中，需要增加交流耦合电容(CC)来复位驱动变压器的磁通。这种方案中的门极-源极电压(VGS)幅度取决于占空比;另外，稳态时-VC关闭，而在启动时灌电流能力受限。这种方案需要快速的时间常数(LM//RGS * CC)，防止由快速瞬态事件导致的磁通走漏(flux walking)。 另外，在设计过程中，也需要留意跳周期模式或欠压锁定(UVLO)时耦合电容与驱动变压器之间的振铃，需要使用二极管来抑制振铃。

　　单驱动输入包括带直流恢复的单驱动输入及带PNP关闭的单驱动输入。其中，带直流恢复的单驱动输入在稳态时VGS取决于占空比，但灌电流能力有限;后者则采用PNP晶体管+二极管的组合来帮助改善关闭(switching off)操作。此外，对单驱动输入而言，还不能忽略与门。如果与门驱动能力有限，要增加图腾柱(totem-pole)驱动器。

　　图2b显示的是双极性对称驱动输入方案的电路图。在这种方案中，两个输入(DRVA和DRVB)的极性相反，位置对称，故不同于单驱动输入方案，无需交流耦合电容。这种方案适合推挽型电路，如LLC-HB，但不适合非对称电路，如非对称半桥或有源钳位。这种方案需要注意线路/负载瞬态时的驱动变压器磁通，仍然需要强大的关闭能力。需要注意由泄漏电感导致的延迟，将泄漏电感减至最小，并使用双输出绕组而非单输出绕组。这种方案的另一项不足是关闭电阻(Roff)压降会导致额外的功率损耗。

　　图2：单驱动输入(a)与双驱动输入(b)变压器驱动方案电路对比。

　　综合来看，变压器驱动方案有多项优势，一是变压器比裸片更强固，二是对杂散噪声及高dV/dt脉冲较不敏感，当然，成本也可能更便宜。但其劣势是电路复杂，需要注意极端线路/负载条件及关闭模式，且需注意泄漏电感及隔离，还要留意汲电流能力是否够强。