無抑制時(shí)的漏極電壓
圖1詳細(xì)列出了使用15V直流電源工作時(shí)，推挽式驅(qū)動(dòng)器的典型柵極驅(qū)動(dòng)電壓和漏極電壓波形。在推挽式驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)中，當(dāng)互補(bǔ)MOSFET開啟時(shí)，正常情況下漏極電壓會(huì)升至直流電源電壓的兩倍(或者本例中的30V)。然而，如圖1所示，尖峰電壓卻高達(dá)54V。在MOSFET關(guān)閉以及互補(bǔ)MOSFET開啟時(shí)，n通道功率MOSFET的漏極也會(huì)出現(xiàn)尖峰電壓。
圖1. 無緩沖電路時(shí)的漏極電壓
可抑制漏極尖峰電壓的電路及設(shè)計(jì)
可以通過為每個(gè)漏極添加簡(jiǎn)單的RC網(wǎng)絡(luò)來抑制尖峰電壓，如圖2所示。合適的電阻(R)和電容(C)值可由如下過程確定。在闡述該過程之后，將有一個(gè)實(shí)例演示如何降低圖1所示的尖峰電壓。
圖2. 推挽驅(qū)動(dòng)器的漏極緩沖電路
確定合適的緩沖電路RC值：
- 測(cè)量尖峰諧振頻率。見圖3所示實(shí)例。
- 在MOSFET的漏極和源極上并聯(lián)一個(gè)電容(無電阻，僅電容)，調(diào)整電容值，直到尖峰諧振頻率降低到原來的二分之一。此時(shí)，該電容值為產(chǎn)生尖峰電壓的寄生電容值的三倍。
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因?yàn)榧纳娙葜狄阎?，寄生電感值可用如下等式求得?/p>
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L = 1 / [(2
F)2 x C]，其中，F(xiàn)＝諧振頻率，C = 寄生電容值
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L = 1 / [(2
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現(xiàn)在，寄生電容和電感值都已知，諧振回路的特征阻抗可由如下等式求得：
- Z = SQRT(L/C)，其中，L = 寄生電感值，C = 寄生電容值
- RC緩沖電路中的電阻值應(yīng)該接近特征阻抗，電容值應(yīng)該是寄生電容值的四到十倍。使用更大的電容可以輕微降低電壓過沖，但要以更多的功率耗散和更低的逆變效率為代價(jià)。
計(jì)算RC緩沖器元件值
在這部分，使用前面提到的五個(gè)步驟，可以計(jì)算出組成緩沖電路、用來降低圖1中尖峰電壓的適當(dāng)電阻電容值。
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找出諧振尖峰電壓的頻率。圖3顯示出它大約為35MHz。
圖3. 無緩沖電路的諧振尖峰電壓的頻率 -
在漏極和地線之間并聯(lián)一個(gè)電容，以將諧振頻率降至大約一半(17.5MHz)。如圖4所示，330pF的并聯(lián)電容即可將諧振頻率降低至大約17.5MHz。最佳電容值可以通過嘗試并聯(lián)不同容量的電容來確定。最好從小容量電容開始(比如100pF)，然后逐漸增大。
因?yàn)?30pF的并聯(lián)電容即可將諧振頻率降至原來的二分之一，寄生電容值應(yīng)該是其三分之一(大約110pF)。
圖4. 提供330pF并聯(lián)電容時(shí)的諧振尖峰電壓頻率 -
計(jì)算寄生電感值。
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寄生電感 = L = 1 / [(2 x 3.14 x 35MHz)2 * 110pF] = 0.188µH
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計(jì)算特征阻抗。
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特征阻抗 = Z = SQRT (0.188µH / 110pF) = 41
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選擇適當(dāng)?shù)碾娮韬碗娙葜?。緩沖電路中的電阻值R應(yīng)該接近41
，而電容值C應(yīng)該在寄生電容110pF的四到十倍之間。在本例中，我們選擇電容C為1000pF，大約為寄生電容值的九倍。圖5顯示了加入由39
電阻及1000pF電容組成的緩沖電路后的結(jié)果。
圖5. 加入RC緩沖電路(39, 1000pF)后的漏極電壓
結(jié)論
本應(yīng)用筆記說明，通過一些簡(jiǎn)單的經(jīng)驗(yàn)測(cè)量，即可確定推挽式驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)中阻容緩沖電路的適當(dāng)值。該緩沖電路可以大大降低功率MOSFET漏極不期望出現(xiàn)的尖峰電壓。