欧美新型单端驱动器及其应用

    他激方式使单端开关电源上限输出功率提高以后,扩大了单端开关电源的应用领域。但是,原有的他激驱动器仍延用PWM系统实现稳压控制,这种控制方式使开关电源呈周期性导通和截止,毕竟脉冲宽度变化范围有限,因而难以提高其输入电压变动和大范围负载变动的稳定度。在此情况下,20世纪末,欧洲几大公司提出了逐周控制的理论,开关电源的电压调整不再是连续的波形,根据对负载变化、输入电压变化的检测设定开关电源关断以后第二次开始导通的时间。同时对反激式变换器的输出脉冲电压进行过零检测,脉冲变压器磁场能量释放完毕时,其输出脉冲电压开始下降,利用此下降脉冲后沿控制触发器,使之复位,允许输出下一个脉冲,使开关电源导通,再次开始能量存储过程。此过程的优点是:首先降低了开关电源的导通损耗。普通PWM型开关电路中,开关电源截止后再导通,受控于RC定时电路。当定时电容放电到一定程度时,开关电源被启动,偏置重新启动。当贮能电感磁场能量未释放完毕时,其电感量由于存在反向磁场而减小,其结果是开关电源导通电流增大,而增大的激磁电流并未形成能量存储,却抵消了剩余反向磁场,使开关电源效率降低。加人过零检测以后,只要剩余磁场未释放完毕,开关电源不会进入下一个导通周期。其次,过零检测功能还可以提高开关电源的负载电流调整率,因为储能电感磁能的释放速率正比于负载电流。当负载电流较大时,能量释放速度加快,负载电流较小时,次级滤波电路充电电压保持时间长,阻碍能量释放的速度。因此,过零检测电路可以检测负载电流的大小,自动调整开关电源导通/截止的占空比。过零检测电路是通过脉冲下降沿触发的,每个能量释放脉冲下降沿使触发器复位,以便进行再触发。所以,此类开关电源中的驱动脉冲不是由振荡器直接输出的连续PWM脉冲,振荡器只作为触发信号,但须在触发器复位后,触发才有效。

    根据此理论,20世纪70年代,欧洲首先开发了单端他激式驱动集成电路TDA4600/4601。但是,由于当时他激式开关电源整体电路的水平所限,在取样电路设计等方面都不尽如人意,外电路也过于复杂,因而并未获得广泛推广应用。20世纪末,又在TDA4601基础上改进生产了TDA4605,使此类开关电源性能进一步完善。随后又开发了另一种逐周控制技术——他激启动自激工作的新型开关电源及其相应的驱动集成电路。同时,美国摩托罗拉公司也开发了类似的他激驱动集成电路MC44603、MC44608等新产品。

    20世纪末,开关电源的另一项技术上的突破是,大量采用MOSFET开关电源。经多年的开发,目前N沟道加强型MOSFET管的工艺、制造技术进展极快,高反压、大电流的MOSFET管和大功率模块大量上市,在开关电源中逐步取代了双极型开关电源。采用MOSFET管的结果是:首先使开关电源的开关频率由双极型三极管的上限频率40kHz提高到500kHz以上,使开关电源输出体积比大幅提高;而MOSFET管为电压控制器件,可使他激驱动器的驱动输出功率也大幅减小;MOSFET管还极易实现并联运用,因此使单端开关稳压器输出功率上限仍有提高的余地。另外,MOSFET管不含载流子,无存储时间问题,将脉冲下降时间由双极型三极管的几百纳秒甚至微秒级降低为几十纳秒,使开关电源关断损耗减小。以下通过实例介绍此类新型他激驱动器及相应的应用电路。


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