宋建平
（南通職業(yè)大學(xué)電子工程系 江蘇南通 226007）

----摘要：本文介紹開(kāi)關(guān)電源中常規(guī)驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路的工作原理，在此基礎(chǔ)上分析驅(qū)動(dòng)保護(hù)二合一電路的
工作原理、特點(diǎn)、應(yīng)用。
----關(guān)鍵詞：開(kāi)關(guān)電源 驅(qū)動(dòng)電路 保護(hù)電路
----1.引言
----開(kāi)關(guān)電源發(fā)展趨勢(shì)是工作頻率越來(lái)越高,實(shí)用頻率已接近或超過(guò)1MHz,且超大功率器件的驅(qū)動(dòng)也比較困難,隨著使用頻率的進(jìn)一步提高,高速開(kāi)關(guān)與大功率M0SFET的轉(zhuǎn)換(過(guò)渡)過(guò)程就成為整個(gè)開(kāi)關(guān)過(guò)程的重要因素。轉(zhuǎn)換過(guò)程的快慢,不僅決定了工作頻率的設(shè)計(jì)指標(biāo),而且對(duì)開(kāi)關(guān)電源的效率、可靠性、壽命等帶來(lái)了很大影響。保護(hù)線(xiàn)路是否靈敏、可靠與完善,與開(kāi)關(guān)器件的安全運(yùn)行至關(guān)重要。
----2.常規(guī)驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路
----通常設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)電路,多為采用脈沖變壓器耦合,優(yōu)點(diǎn)是:結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,適用中小變換設(shè)備上。缺點(diǎn)是:不適用大型設(shè)備上的大功率M0SFET或IGBT器件,而且存在波形失真,容易振蕩,尤其是脈沖變壓器耦合不良漏感偏大時(shí)更為嚴(yán)重,抗干擾與抑制誤觸能力低。這是一種無(wú)源驅(qū)動(dòng)器,而高頻大功率器件M0SFET與IGBT,宜采用有源驅(qū)動(dòng)器。
----通常保護(hù)電路,利用互感器實(shí)現(xiàn)電流--電壓的比值轉(zhuǎn)換,信號(hào)的電平高于穩(wěn)壓管穩(wěn)壓值輸入PWM芯片的保護(hù)腳截止振蕩工作的保護(hù)方式。這種電路的缺點(diǎn)是:響應(yīng)速度慢,動(dòng)作遲緩,對(duì)短路性電流增長(zhǎng)過(guò)快下,可能來(lái)不及動(dòng)作。
而采用電子高速檢測(cè)保護(hù)電路,則過(guò)流動(dòng)作響應(yīng)速度極快,可靠性高,效果好,是一種理想的保護(hù)電路,克服了利用互感器的一些不足。
----2.1驅(qū)動(dòng)電路（電壓型）：
----如圖1所示:圖1(a)適合于低頻小電流驅(qū)動(dòng)。當(dāng)控制信號(hào)Vi為高電平時(shí)，V1導(dǎo)通，輸出Vo對(duì)應(yīng)控制的開(kāi)關(guān)管（IGBT）導(dǎo)通；當(dāng)控制信號(hào)Vi為低電平時(shí)，V2導(dǎo)通，輸出Vo對(duì)應(yīng)控制的開(kāi)關(guān)管（IGBT）被關(guān)斷。
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----圖1 驅(qū)動(dòng)線(xiàn)路（電壓型）

----圖1(b)采用場(chǎng)效應(yīng)管組成推挽電路，其工作原理同圖1(a),這種電路高頻峰值驅(qū)動(dòng)電流可達(dá)10A以上,適用于大功率M0SFET或IGBT。
----2．2電子高速檢測(cè)保護(hù)電路：
----如圖2所示:在正常工作時(shí),V2導(dǎo)通VDS處于低電平,A點(diǎn)電位通過(guò)D2回流至D點(diǎn)，因?yàn)槁O處于低電位，所以A點(diǎn)也處于低電位狀態(tài),不對(duì)V1產(chǎn)生偏置構(gòu)成對(duì)V2的影響。
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---- 圖2 電子高速檢測(cè)保護(hù)電路
----當(dāng)M0SFET過(guò)流時(shí),漏極電壓VDS迅速上升, D2承受反向電壓截止,由R1 、C1的充電作用,A點(diǎn)電位開(kāi)始升高,直到使V1導(dǎo)通,將G極電位下拉接近0V,從而使M0SFET可靠關(guān)斷而處于截止?fàn)顟B(tài),限制了過(guò)電流。R1 、C1有兩個(gè)作用,其一是當(dāng)FET的柵極加速向偏置信號(hào)使其導(dǎo)通瞬間,C1瞬間短路,保持V1的截止?fàn)顟B(tài),以至不影響FET的開(kāi)通,當(dāng)C1充電電壓上升時(shí),還沒(méi)到V1開(kāi)通,FET已經(jīng)開(kāi)通,由D2的作用,使A點(diǎn)箝位, V1始終不開(kāi)通,FET正常工作。其二是當(dāng)FET過(guò)流時(shí),VDS迅速上升,D2立即反向截止,A點(diǎn)電位開(kāi)始積分延時(shí),當(dāng)積分到V1開(kāi)通時(shí),FET截止,這段時(shí)間為保護(hù)動(dòng)作時(shí)間,是由R1和C1的參數(shù)決定的。這種過(guò)電流保護(hù)電路可以在0.1μS級(jí)的時(shí)間內(nèi)將過(guò)電流FET關(guān)斷。圖中D2選用高壓超快恢復(fù)型二極管, D3選低壓超快恢復(fù)型肖特基二植管,可消除D4穩(wěn)壓管存在較大結(jié)電容形成電荷位移電流對(duì)V1的影響。
----3．驅(qū)動(dòng)保護(hù)二合一電路
----將上述的驅(qū)動(dòng)電路與保護(hù)電路結(jié)合起來(lái),兩者功能將一體化，是本線(xiàn)路的獨(dú)到之處。實(shí)用電路如圖3所示:
----3．1實(shí)用驅(qū)動(dòng)保護(hù)二合一電路
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----圖3 驅(qū)動(dòng)保護(hù)二合一電路
----圖3適用于低頻小功率驅(qū)動(dòng),如果將雙極型NPN與PNP三極管換成N溝道與P溝道大功率場(chǎng)管后就可形成高頻大電流驅(qū)動(dòng)器。
----圖中不采用光電耦合器作信號(hào)隔離而用磁環(huán)變壓器耦合方波信號(hào),簡(jiǎn)單而且不存在光電耦合器的上升下降波沿,光電管速度不可能過(guò)快,變壓器傳輸可獲得陡直上升下降波沿,幾乎沒(méi)有傳輸延時(shí)。使用高頻大功率的MOSFET驅(qū)動(dòng)器,無(wú)論使用何種器件（VMOS或IGBT）,都能獲得很好的效果。
----本電路驅(qū)動(dòng)速度快,過(guò)流保護(hù)動(dòng)作關(guān)斷快,是比較理想的驅(qū)動(dòng)保護(hù)二合一實(shí)用電路。 
----3.2采用肖特基管的驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路
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----圖4 肖特基管的驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路
----如圖4所示:圖中D4選用高頻低壓降肖特基管,用于V1的抗過(guò)飽,減小存儲(chǔ)時(shí)間提高關(guān)斷速度。D2用超快恢復(fù)二極管。其工作原理:C1對(duì)開(kāi)通瞬間不能突變,有兩個(gè)作用:一是方波高于ZW穩(wěn)壓值使V1基極偏置而導(dǎo)通,經(jīng)R5與D3對(duì)FET驅(qū)動(dòng)導(dǎo)通后漏極處低電平D2導(dǎo)通箝位，V1的偏置回路維持導(dǎo)通,電容C1始終處于低電平。當(dāng)發(fā)生過(guò)流時(shí),VDS迅速上升,ZW低于穩(wěn)壓值將失去導(dǎo)通回路V1將截止。二是R3與C1形成積分延時(shí),并且C1可通過(guò)R3在負(fù)半周的負(fù)電位而更加可靠地開(kāi)通V1。
----3.3增加軟關(guān)斷技術(shù)的驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路
----對(duì)于IGBT器件增加軟關(guān)斷技術(shù)的電路如圖5所示：
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----圖5 增加軟關(guān)斷技術(shù)的電路 
----本電路原理與圖3類(lèi)似,僅增加軟關(guān)斷功能。
----4.結(jié)語(yǔ)
----隨著開(kāi)關(guān)電源新技術(shù)的不斷發(fā)展，如何進(jìn)一提高開(kāi)關(guān)電源的效率和可靠性，是主要考慮的問(wèn)題，因而選擇合適的驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路十分重要。