前段時(shí)間仿了一個(gè)變壓器隔離驅(qū)動(dòng)感覺效果還可以,用手頭上現(xiàn)有幾樣材料搭了個(gè)實(shí)驗(yàn)電路實(shí)測(cè)了一下。
圖1-2原理圖
隔離變壓器是用的一個(gè)1.5mH的工模電感,輸入信號(hào)是由信號(hào)發(fā)生器提供的,放電電阻忘記加了不過貌似并不會(huì)影響測(cè)試。
這種類型的驅(qū)動(dòng)沒有電容串在電路中所以動(dòng)態(tài)特性會(huì)比較好,不會(huì)出現(xiàn)占空比突然變化引起的誤觸發(fā)問題,測(cè)試中快速改變占空比或快速改變開關(guān)頻率都未發(fā)生異常,突然關(guān)掉、開啟驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路也工作正常。不同開關(guān)頻率的波形如下。
圖1-3 20%占空比10K-100K的驅(qū)動(dòng)波形
圖1-3中藍(lán)色波形為PWM輸入信號(hào)黃色波形為輸出信號(hào)Vgs,相同開關(guān)頻率不同占空比的波形如下。
圖1-4 20%-70%占空比100KHz的驅(qū)動(dòng)波形
這種類型的的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)起來(lái)相對(duì)容易些,需要注意的是隔離變壓器漏感要小勵(lì)磁電感要適當(dāng)。漏感大了會(huì)影響輸出的上升沿,勵(lì)磁電感大了會(huì)影響下降沿小了會(huì)影響效率。下面的是200KHz時(shí)的波形現(xiàn)象明顯些。
圖1-5 20-80%占空比200KHz驅(qū)動(dòng)波形
如圖1-5當(dāng)脈寬較窄時(shí)漏感造成上升沿變緩的矛盾凸顯出來(lái)使輸出的波形幅值降低,下降沿由于脈寬窄儲(chǔ)能少關(guān)斷也變緩,經(jīng)仿真驗(yàn)證當(dāng)脈沖較窄時(shí)適當(dāng)減小勵(lì)磁電感可以加快關(guān)斷速度。
變壓器隔離驅(qū)動(dòng)原理是一邊傳遞信號(hào)一邊傳遞能量,圖1的這個(gè)電路次級(jí)采用圖騰柱結(jié)構(gòu)是想將能量傳遞和信號(hào)傳遞分開從而提高電路的靈活性。比如某些應(yīng)用希望驅(qū)動(dòng)信號(hào)帶負(fù)壓的圖1這個(gè)電路稍作改動(dòng)即可實(shí)現(xiàn),由于次級(jí)電阻R1有去磁效果所以實(shí)際搭的電路是沒有加RCD吸收的,見下圖2-1。
圖2-1帶負(fù)壓輸出的變壓器隔離驅(qū)動(dòng)電路
只需再增加一個(gè)電容C2在G、S兩端就實(shí)現(xiàn)了正負(fù)脈沖輸出,見下圖2-2
圖2-2帶負(fù)壓的驅(qū)動(dòng)波形
實(shí)驗(yàn)電路的電容C1=C2所以輸出波形正負(fù)電平對(duì)稱,需要不同正負(fù)電壓的改變電容C1、C2的比值即可。
能量和信號(hào)傳遞分開可以實(shí)現(xiàn)變壓器+光耦組合隔離方式,見下圖。
圖2-5變壓器+光耦組合隔離電路
這里隔離變壓器只做能量傳遞對(duì)電容C1充電使電容電壓維持在5V左右,光耦實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳遞。相對(duì)于普通的光耦隔離這個(gè)方式不需要輔助繞組能量可以自給自足。
如果將能量和信號(hào)傳遞徹底分開則可以實(shí)現(xiàn)100%的占空比,見下圖。
圖2-6可實(shí)現(xiàn)100%占空比的隔離電路
外接或自搭一個(gè)小于等于50%占空比的信號(hào)用來(lái)驅(qū)動(dòng)變壓器實(shí)現(xiàn)能量傳遞,獨(dú)立出來(lái)的PWM信號(hào)不受限制可以實(shí)現(xiàn)占空比0-100%的變化。
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上面的實(shí)驗(yàn)和仿真都是用RCD電路去磁,下面仿一個(gè)采用隔直電容去磁的。
圖3-1初級(jí)隔直電容去磁隔離驅(qū)動(dòng)電路
圖3-2初級(jí)加隔直電容去磁的波形
圖3-2的波形顯示單采用初級(jí)隔直電容輸出驅(qū)動(dòng)n_Vgs信號(hào)的峰峰值不變,正、負(fù)電壓比例受占空比影響,隔直電容C2通過自動(dòng)調(diào)節(jié)電壓大小維持伏秒平衡同時(shí)也改變了正負(fù)比例。
一般可在次級(jí)串聯(lián)一個(gè)同樣大小的電容C4來(lái)解決這個(gè)問題,電路如下
圖3-3次級(jí)加補(bǔ)償電容電路
仿真結(jié)果如下
圖3-4次級(jí)電容補(bǔ)償后的波形
如圖3-4當(dāng)穩(wěn)態(tài)時(shí)次級(jí)電容和初級(jí)電容的壓差不變也可以認(rèn)為是兩個(gè)電容互相抵消,從而實(shí)現(xiàn)了去磁又不影響電路的效果。
成也蕭何敗也蕭何,當(dāng)占空比動(dòng)態(tài)變化較大時(shí)電容反而會(huì)造成開關(guān)管誤的觸發(fā)。
我個(gè)人感覺這個(gè)可能有缺陷,速度做不快,而且上升沿、下降沿時(shí)間差很大,可以做個(gè)試驗(yàn)測(cè)試下
如果要驅(qū)動(dòng)能力好的,速度快,建議用兩級(jí)圖騰,光靠一個(gè)三極管驅(qū)動(dòng)圖騰,速度跟不上
占空比動(dòng)態(tài)變化仿真的電路如下:
圖3-4 電容去磁變壓器隔離驅(qū)動(dòng)
首先占空比由90%突變到10%
圖3-5 占空比90%突變到10%
由圖3-5所示當(dāng)占空比突變后輸出驅(qū)動(dòng)n-Vgs的電壓發(fā)生了上漂結(jié)果會(huì)導(dǎo)致開關(guān)管的誤觸發(fā)。
當(dāng)占空比由10%突變到90%的波形如下
圖3-6 占空比10%突變到90%
圖3-6當(dāng)占空比有小到大突變后導(dǎo)致n_Vgs信號(hào)下漂造成開關(guān)管不觸發(fā)。結(jié)合圖3-5和圖3-6這個(gè)問題是由于電容C2和C4的壓差發(fā)生了變化,如果能保持C2-C4的電壓不變則輸出驅(qū)動(dòng)n_Vgs將不受電容的影響。
將電路圖3-4中的電容C4改成10nF后仿真結(jié)果如下:
圖3-7 C4=10nF占空比大到小突變波形
圖3-8 C4=10nF占空比小到大突變波形
如圖所示選擇恰當(dāng)?shù)碾娙莼蛟S采用隔直電容復(fù)位的變壓器隔離驅(qū)動(dòng)本身就能滿足動(dòng)態(tài)要求。
如果漏感按0.1%設(shè)計(jì)可以得到更寬的占空比范圍。
圖3-9 漏感0.1%占空比95%-5%突變