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2007 Fairchild Semiconductor Corporation www.fairchildsemi.com Rev. 1.0.4 ? 12/9/13

3 图4. FCP20N60的VGS -Qg关系曲线 得到VGS的最终驱动电压,便可知QG,total的值.偏置电源 要求的平均电流为: SW G DD f Q I ? = (6) 式中,fsw是功率电路的开关频率.已知平均电流需求, 可得偏置电源VDD的输入功率,如下式所示: SW G DD DD DD dr f Q V I V P ? ? = ? = (7) 在感性负载关断过程中,电路波形和电流路径与开通过 程相似,但是需要考虑顺序相反.为了简便起见,电路 波形如图5所示,但没有给出电流路径. t8 t7 t6 t5 time VDD VPL VTH IL Vo -IPK -IPL VDS IDS VGS IG 图5. MOSFET带感性负载的关断过程 在时间间隔t5内,IG上升,将VGS从VDD放电至由式(2) 定义的电压平台.在时间间隔t6内,VGS仍然为电压平 台,同时VDS上升至断态电压.时间间隔t6持续时间大约 为: G GD rise , VDS I Q t

6 t = = (8) 在时间间隔t7内,漏极电流IDS由IL值下降至0,同时VGS 从VPL降至VTH.这个时间间隔可由下式给出: G

2 , GS fall , IDS I Q t

7 t = = (9) 在时间间隔t8内,VGS从阈值电压放电至0. IG与关断时间间隔内的开关损耗的相关公式为: ( ) ? ? ? ? ? ? ? ? + ? ? ? ? ? ? ? ? * =

7 t , G

2 GS

6 t , G GD SW LOAD IN OFF . SW I Q I Q f

2 I V P (10) AN-6069 APPLICATION NOTE ?

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4 同步整流器的工作原理 作为一个同步整流器(SR),MOSFET开关间隔与带钳 位感性负载时的情况具有明显的差异.图6给出了一个 简化的正激变换器功率级电路,图中同步整流器QSR取 代了续流二极管. VIN VDC IG VDD Control Circuit ISOLATION QSR L Q1 VSEC PWM SR D1 VOUT 图6. 简化的正激变换器 在这个例子中,当Q1关断时,由控制电路产生的SR信 号跨过隔离边界来使同步整流器QSR开通并保持.然而,SR信号必须使QSR在Q1开通之前关断,以便将正电 压施加在变压器上.图7给出了四个时间区间,可以说 明同步整流器的关断时序. (a) (b) (c) (d) CGD CGS IL RG VSEC VDC DBD RLOW - + IG RDS S D CGD CGS CDS IL RG VDC DBD RLOW VSEC - + D S VDC CGD CGS CDS IL RG VDC DBD RLOW CGD CGS CDS IL RG DBD RLOW IG VSEC - + VSEC - + D D S S 图7. SR MOSFET的关断过程 在关断之前,MOSFET通过阻性通道传导负载电流IL, 且漏极到源极电压是负的.图7(a)中,驱动器的输出 很低,CGD和CGS的并联组合在一个时间间隔内放电,该 时间间隔由下式给出: G SR , Q off I Q t = (11) 式中,QQSR由参考文献[3]定义如下 DD SR , GD GS SR , Q V ) C C ( Q ? + = (12) 同样在参考文献[3]中,CGS,SR估算如下 DD SPEC , DS SPEC , RSS SR , GD V

5 .

0 V C

2 C ? ? ? = (13) 根据MOSFET标准术语: RSS ISS GS C C C ? = (14) 图7(b)中,MOSFET被完全关断,IL流过体内二极 管,且VSEC的极性没有改变.如图7(c)所示,当VSEC 极性改变时,电流流经VSEC来恢复体内二极管的存储电 荷,同时二极管整流.图7(d)中,体内二极管已经完 全恢复,VDS迅速上升.MOSFET漏极上很高dV/dT会引 发一个容性电流流过CDS/CGS电压分压器,所以必须有一 个具有很强电流吸入能力的驱动器来维持门极电压低于 阈值电压. 在同步整流器的应用中,IG不会像在钳位电感负载的应 用中一样影响开关损耗.然而,在SR应用中,并联的 MOSFET需要大电流脉冲才能高效开关,且大电流驱动 器通常需要靠近被驱动MOSFE放置. 变压器驱动应用 在功率变换器中,例如半桥、全桥、双管正激变换器和 有源钳位正激变换器,有高端开关、或高/低端开关组 合,需要实施控制.如果在控制和功率开关之间不需要 电隔离,那么MOSFET可以由半导体半桥门极驱动器来 驱动,但是在设计时必须考虑固有的传输延迟.对于需 要隔离的电路或者短传输延迟能够带来优势的电路,门 极驱动变压器可以作为一个有潜力的解决方案. 在一个相关的应用中,在一个隔离变换器的原边和副边 之间通常需要提供高速的通信.这可以利用诸如带数字 输出的光隔离器或者磁脉冲变压器的技术来实现.这些 脉冲变压器类似于门极驱动变压器,但是他们仅需要传 递逻辑信号,而无需传递能够开通或关断功率MOSFET 的大电流脉冲. 图8的简化电路可以说明通信电路中低端驱动器和脉冲 变压器的........