MOS场效应管栅极驱动变压器作用

传递以地为参考的栅极激励脉冲，让它通过比较大的势差来调解变动的驱动。可缩放电压。

它操控：低能量，高峰值电流来驱动功率场效应管的栅极。

栅极驱动变压器：被像PWM占空比功能可变的脉冲宽度来驱动，振幅的固定或变动取决于电路排布。

单端电流模式：电路中栅极驱动变压器是交流耦合，磁化部分产生了振幅可变的脉冲。

双端引线安排：像半桥式应用中，用振幅固定的信号来驱动栅极驱动变压器。

所有情况下，栅极驱动变压器在B-H曲线的第一个和第三象限都工作。

 

MOS场效应管栅极驱动变压器设计方案

它类似电源变压器设计

常只有一种匝比，由于功耗造成的温升可忽略。
设计以磁芯的选择开始。

栅极驱动变压器：

磁芯形状：可环形、RM、P或者类似的形状。

磁芯材料：高透磁率铁酸盐，可使磁化电感值达到最大，磁化电流达到最小。
初级线圈匝数可计算公式：

 

VTR=通过初级线圈的电压

T=指脉冲的持续时间

▲B=t时间内峰峰值的变化

Ae=选出的磁芯的等效横截面。

如下图所示

单端电流模式和双端引线的栅极驱动变压器的标准积与整流器占空度之间的关系。

 

对于交流耦合电路

最坏情况D=0.5，直接驱动达到了最大工作占空比的伏秒数峰值。

交流耦合电路，通过四个因素来抑制稳态时的最大的伏秒积，

因在较大的占空比，电压是通过耦合电容产生的，变压的的电压成比例地减小。

 

在Np方程式中列出▲B是较困难

因在暂态，不稳定状态的变化。

当输入电压和负载迅速变化的时，占空比通过PWM控制器而相应的调节自己。

要推断出不稳定变化的准确数值很难，取决于控制回路反馈，耦合网络存在时它的时间常数。

较慢回路反馈，更快时间常数，可让不稳定的变化变小的倾向。

三分之一的饱和通量密度和最坏的稳态条件下，通量峰值间的利润对于大多数设计来说，覆盖瞬态已经足够了。

 

在磁芯有效区域布线

漏电流要小，防止通过变压器时造成延迟，交流线阻要得到有效地控制。

在环状磁芯上，线应当绕成双股的还是三股的取决于栅极驱动变压器的线数。

在壶状磁芯上，每根线都应当保持单层。

初级线圈应当尽量靠近中心，后面跟着低边区域的导线，如果需要用到高边部分的线，它应当尽量远离中心区域。

壶状磁芯上的线的排布保证了最小的交流线阻以及可以接受的漏电流。

此外，与电源地线直接相连的低边部分的导线提供了控制线圈以及变动部分和电源电线之间的天然的屏蔽。

 

两种功能的变压器耦合电路

有低输出阻抗和高速栅极驱动芯片的短时间的传输延迟是必须的高边开关应用。

如下图所示

 

电路：用开关频率来携带控制信号以及能量送给驱动器。

在主开关导通期间，变压器的次级线圈电压调节到最大值，给栅极驱动芯片供电。电压：从栅极激励脉冲产生，前面的几个激励脉冲需要首先对偏置电容进行充电。

因此，应用选择驱动器芯片具有负压锁定功能，避免栅极驱动欠压。

 

直流复位电路：必须为独立于运行占空比的驱动器提供偏压，也保护驱动器的输入，免受变压器次级线圈负复位电压的影响。

 

此电路变压器与其它栅极驱动变压器设计相同

功率级只被驱动器芯片的能量消耗增加了一点，与MOS场效应管总栅极电荷相关，能量亏损相比确实很小。

变压器携带高峰值电流，但是电流给偏置电容，而不是MOS场效应管输入电容充电。

栅极电流都包括主要晶体管、驱动芯片和偏置电容的一部分电流。

如下图所示：

 

 

 

变压器转换能量+控制信号方案

与上个电路不同之处，变压器工作频率。

此方案运用一个专用的芯片对，高频载波被用来传送能量，幅度调制传输控制命令。

有效地利用电路板区域，电路原理图划分成两部分。

因运用高频，变压器要小于传统上的栅极驱动变压器。

方案优点：在于可独立于栅极驱动命令，可确定变动驱动器的偏压，驱动即不开启延迟。