常用的磁隔離驅動方案

 

常用的磁隔離驅動電路如圖1所示。

 

其中
，電容C1為輸入端直流隔離電容
，C3為開關管QM等效的輸入電容。電容電壓的參考方向如圖1所示
，T1為磁隔離驅動變壓器。S1是脈衝寬度調製驅動器（PWM Driver）的輸出信號波形，S2是變壓器輸入端的波形，S2是該磁隔離驅動器的輸出波形。圖1所示的電路工作波形如圖2所示。

 

圖2 磁隔離驅動波形示意圖

 

假設穩態時該驅動器的輸出信號S1的周期為T，占空比為，幅值為，同時假設變壓器T1的輸入輸出匝比為1，則穩態時輸入端直流隔離電容C1上的電壓為D·VS1。在S1為高電平時，S3也為高電平，其幅值為(VS1-VC1)
，即(1-D)·VS1。而在S1為低電平時，S3為負電平，其幅值為(-VC1)
，即D·VS1。

 

具體的推導過程如下：

 

 

由此可見，這種隔離驅動電路線路簡單，而且被驅動的MOS管有負向的驅動電壓


，抗幹擾能力強。但其有待改進之處在於，在占空比D較大時，S3的高電平幅值就較小，可能導致QM驅動電壓不足。這樣，這種驅動器電路不適合應用在占空比變化較大的場合，即輸入比範圍大的(1-D)·VS1應用條件下，圖1所示的驅動電路將不再適用。

 

圖3 雙隔直磁隔離驅動電路

 

雙隔直磁隔離驅動電路

 

為了解決上述難點問題，需要在圖1所示的磁隔離驅動電路次級邊也添加隔直電容，如圖3所示。

 

相對圖1的磁隔離驅動電路而言，添加了次級的直流隔直電容C2和開關二極管DR。穩態時輸入端隔直電容C1上的電壓VC1=D·VS1，輸出端隔直電容C2上的VC2=D·VS1。其電壓參考方向如圖3所示。圖3電路的工作波形如圖4所示。可知，穩態後QM的電壓V3不隨占空比變化而改變，適合更寬範圍輸入條件的驅動設計。

 

圖4 雙隔直磁隔離驅動電路波形示意圖

 

但是圖3所示的電路在某些特殊狀態下
，比如輸入端突然斷電或者負載突變過程中脈衝寬度調製驅動器的輸出信號會突然消失

，即驅動信號S1將為0。隨後變壓器T1在輸入端隔直電容電壓（-DVs1）作用下逐漸進入飽和，同時C2上的電壓仍為DVs1，T1上的輸入輸出電壓幅值從DV1逐漸減小

，此時QM上的電壓將從0開始逐漸增加
，直到與C2上的電壓相等。其波形示意圖如圖5中紅色框所示。

 

由此可見，在特殊條件下QM會出現失控的驅動信號，該信號造成開關管誤導通，引發主功率變壓器飽和，導致產品炸機。

 

圖5 雙隔直磁隔離驅動電路誤導通波形示意圖

 

我司優化後的磁隔離驅動方案

 

為了解決圖3中雙隔直磁隔離驅動電路的誤導通問題
，我司針對次級隔直電容C2做了特殊放電電路。如圖6所(suo)示(shi)，其(qi)中(zhong)添(tian)加(jia)了(le)原(yuan)邊(bian)檢(jian)測(ce)電(dian)路(lu)和(he)次(ci)級(ji)隔(ge)直(zhi)電(dian)容(rong)放(fang)電(dian)電(dian)路(lu)，該(gai)電(dian)路(lu)為(wei)我(wo)司(si)自(zi)主(zhu)發(fa)明(ming)專(zhuan)利(li)電(dian)路(lu)。通(tong)過(guo)高(gao)速(su)光(guang)耦(ou)做(zuo)信(xin)號(hao)隔(ge)離(li)
，有(you)效(xiao)解(jie)決(jue)主(zhu)功(gong)率(lv)開(kai)關(guan)管(guan)誤(wu)導(dao)通(tong)的(de)問(wen)題(ti)，改(gai)進(jin)後(hou)的(de)驅(qu)動(dong)波(bo)形(xing)如(ru)圖(tu)7中2通道PWM波形所示，可以看出在驅動異常關閉狀態下，C2上的電壓迅速放電完成，開關管不會出現異常開通狀態。為我司超高超寬壓輸入係列產品提供高可靠的驅動，提升產品綜合競爭力。

 

6 改進後的雙隔直磁隔離驅動電路

 

總結

 

采(cai)用(yong)變(bian)壓(ya)器(qi)做(zuo)的(de)磁(ci)隔(ge)離(li)驅(qu)動(dong)電(dian)路(lu)，如(ru)果(guo)隻(zhi)有(you)原(yuan)邊(bian)有(you)隔(ge)直(zhi)電(dian)容(rong)時(shi)，在(zai)占(zhan)空(kong)比(bi)較(jiao)大(da)的(de)條(tiao)件(jian)下(xia)次(ci)級(ji)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)會(hui)降(jiang)低(di)，無(wu)法(fa)滿(man)足(zu)開(kai)關(guan)管(guan)驅(qu)動(dong)的(de)要(yao)求(qiu)。當(dang)次(ci)級(ji)添(tian)加(jia)隔(ge)直(zhi)電(dian)容(rong)後(hou)可(ke)以(yi)解(jie)決(jue)大(da)占(zhan)空(kong)比(bi)的(de)問(wen)題(ti)，但(dan)是(shi)在(zai)異(yi)常(chang)條(tiao)件(jian)下(xia)次(ci)級(ji)隔(ge)直(zhi)電(dian)容(rong)放(fang)電(dian)會(hui)導(dao)致(zhi)開(kai)關(guan)管(guan)異(yi)常(chang)導(dao)通(tong)，進(jin)而(er)出(chu)現(xian)原(yuan)邊(bian)飽(bao)和(he)導(dao)致(zhi)產(chan)品(pin)炸(zha)機(ji)。我(wo)司(si)針(zhen)對(dui)上(shang)述(shu)問(wen)題(ti)重(zhong)點(dian)突(tu)破(po)，添(tian)加(jia)次(ci)級(ji)隔(ge)直(zhi)電(dian)容(rong)放(fang)電(dian)電(dian)路(lu)
，使(shi)得(de)磁(ci)隔(ge)離(li)驅(qu)動(dong)電(dian)路(lu)不(bu)受(shou)占(zhan)空(kong)比(bi)影(ying)響(xiang)的(de)同(tong)時(shi)完(wan)美(mei)解(jie)決(jue)異(yi)常(chang)條(tiao)件(jian)下(xia)開(kai)關(guan)管(guan)異(yi)常(chang)導(dao)通(tong)的(de)現(xian)象(xiang)。該(gai)放(fang)電(dian)電(dian)路(lu)設(she)計(ji)簡(jian)單(dan)
、可靠

，大幅提升產品可靠性。

 

圖7 改進後的雙隔直磁隔離驅動電路波形圖