目前就世界范圍來說,可直接驅(qū)動MOS FET管的IC品種仍不多,單端驅(qū)動器常用的是UC3842系列,而用于推挽電路雙端驅(qū)動器有SG3525A(驅(qū)動N溝道場效應(yīng)管)、SG3527A(驅(qū)動P溝道場效應(yīng)管)和SG3526N(驅(qū)動N溝道場效應(yīng)管)。然而在開關(guān)電源快速發(fā)展的近40年中,畢竟有了一大批優(yōu)秀的、功能完善的雙端輸出驅(qū)動IC。同時隨著MOS FET管應(yīng)用普及,又開發(fā)了不少新電路,可將其用于驅(qū)動MOS FET管,解決MOS FET的驅(qū)動無非包括兩個內(nèi)容:一是降低驅(qū)動IC的輸出阻抗;二是增設(shè)MOS FET管的灌電流通路。為此,不妨回顧SG3525A、SG3527A、SG3526N以及單端驅(qū)動器UC3842系列的驅(qū)動級。
圖2a為上述IC的驅(qū)動輸出電路(以其中一路輸出為例)。振蕩器的輸出脈沖經(jīng)或非門,將脈沖上升沿和下降沿輸出兩路時序不同的驅(qū)動脈沖。在脈沖正程期間,Q1導(dǎo)通,Q2截止,Q1發(fā)射極輸出的正向脈沖,向開關(guān)管柵極電容充電,使漏—源極很快達(dá)到導(dǎo)通閾值。當(dāng)正程脈沖過后,若開關(guān)管柵—源極間充電電荷不能快速放完,將使漏源極驅(qū)動脈沖不能立即截止。為此,Q1截止后,或非門立即使Q2導(dǎo)通,為柵源極電容放電提供通路。此驅(qū)動方式中,Q1提供驅(qū)動電流,Q2提供灌電流(即放電電流)。Q1為發(fā)射極輸出器,其本身具有極低的輸出阻抗。
為了達(dá)到上述要求,將普通用于雙極型開關(guān)管驅(qū)動輸出接入圖2b的外設(shè)驅(qū)動電路,也可以滿足MOS FET管的驅(qū)動要求。設(shè)計驅(qū)動雙極型開關(guān)管的集成電路,常采用雙端圖騰柱式輸出兩路脈沖,即兩路輸出脈沖極性是相同的,以驅(qū)動推挽的兩只NPN型三極管。為了讓推挽兩管輪流導(dǎo)通,兩路驅(qū)動脈沖的時間次序不同。如果第一路輸出正脈沖,經(jīng)截止后,過一死區(qū)時間,第二路方開始輸出。兩路驅(qū)動級采用雙極型三極管集射極開路輸出,以便于取得不同的脈沖極性,用于驅(qū)動NPN型或PNP型開關(guān)管。
圖2b中接入了PNP型三極管Q和二極管D,其作用是分別使驅(qū)動電流和灌電流分路。前級驅(qū)動IC內(nèi)部緩沖器的發(fā)射極,在負(fù)載電阻R1上建立未倒相的正極性驅(qū)動脈沖使三極管Q截止。在驅(qū)動脈沖上升沿開始,正極性脈沖通過二極管D加到MOS FET開關(guān)管柵—源極,對柵源極電容CGS充電,當(dāng)充電電壓達(dá)到開關(guān)管柵極電壓閾值時,其漏源極導(dǎo)通。正脈沖持續(xù)期過后,IC內(nèi)部緩沖放大器發(fā)射極電平為零,輸出端將有一定時間的死區(qū)。此時,Q的發(fā)射極帶有CGS充電電壓,因而Q導(dǎo)通,CGS通過Q的ec極放電,Q的集電極電流為灌電流通路。R2為開關(guān)管的柵極電阻,目的是避免開關(guān)管的柵極在Q、D轉(zhuǎn)換過程中懸空,否則其近似無窮大的高輸入阻抗極容易被干擾電平所擊穿。采用此方式利用普通雙端輸出集成電路,驅(qū)動MOS FET開關(guān)管,可以達(dá)到比較理想的效果。為了降低導(dǎo)通/截止損耗,D應(yīng)選用快速開關(guān)二極管。Q的集電極電流應(yīng)根據(jù)開關(guān)管決定,若為了提高輸出功率,每路輸出采用多只MOS FET管并聯(lián)應(yīng)用,則應(yīng)選擇ICM足夠大的灌流三極管和高速開關(guān)二極管。
3、TL494簡介
目前所有的雙端輸出驅(qū)動IC中,可以說美國德克薩斯儀器公司開發(fā)的TL494功能最完善、驅(qū)動能力最強,其兩路時序不同的輸出總電流為SG3525的兩倍,達(dá)到400mA。僅此一點,使輸出功率千瓦級及以上的開關(guān)電源、DC/DC變換器、逆變器,幾乎無一例外地采用TL494。雖然TL494設(shè)計用于驅(qū)動雙極型開關(guān)管,然而目前絕大部分采用MOS FET開關(guān)管的設(shè)備,利用外設(shè)灌流電路,也廣泛采用TL494。為此,本節(jié)中將詳細(xì)介紹其功能及應(yīng)用電路。其內(nèi)部方框圖如圖3所示。其內(nèi)部電路功能、特點及應(yīng)用方法如下:
A.內(nèi)置RC定時電路設(shè)定頻率的獨立鋸齒波振蕩器,其振蕩頻率fo(kHz)=1.2/R(kΩ)·C(μF),其最高振蕩頻率可達(dá)300kHz,既能驅(qū)動雙極性開關(guān)管,增設(shè)灌電流通路后,還能驅(qū)動MOS FET開關(guān)管。
B.內(nèi)部設(shè)有比較器組成的死區(qū)時間控制電路,用外加電壓控制比較器的輸出電平,通過其輸出電平使觸發(fā)器翻轉(zhuǎn),控制兩路輸出之間的死區(qū)時間。當(dāng)?shù)?腳電平升高時,死區(qū)時間增大。
C.觸發(fā)器的兩路輸出設(shè)有控制電路,使Q1、Q2既可輸出雙端時序不同的驅(qū)動脈沖,驅(qū)動推挽開關(guān)電路和半橋開關(guān)電路,同時也可輸出同相序的單端驅(qū)動脈沖,驅(qū)動單端開關(guān)電路。
D.內(nèi)部兩組完全相同的誤差放大器,其同相輸入端均被引出芯片外,因此可以自由設(shè)定其基準(zhǔn)電壓,以方便用于穩(wěn)壓取樣,或利用其中一種作為過壓、過流超閾值保護。
E.輸出驅(qū)動電流單端達(dá)到400mA,能直接驅(qū)動峰值電流達(dá)5A的開關(guān)電路。雙端輸出脈沖峰值為2×200mA,加入驅(qū)動級即能驅(qū)動近千瓦的推挽式和橋式電路。
TL494的各腳功能及參數(shù)如下:第1、16腳為誤差放大器A1、A2的同相輸入端。最高輸入電壓不超過VCC+0.3V。第2、15腳為誤差放大器A1、A2的反相輸入端??山尤胝`差檢出的基準(zhǔn)電壓。第3腳為誤差放大器A1、A2的輸出端。集成電路內(nèi)部用于控制PWM比較器的同相輸入端,當(dāng)A1、A2任一輸出電壓升高時,控制PWM比較器的輸出脈寬減小。同時,該輸出端還引出端外,以便與第2、15腳間接入RC頻率校正電路和直接負(fù)反饋電路,一則穩(wěn)定誤差放大器的增益,二則防止其高頻自激。另外,第3腳電壓反比于輸出脈寬,也可利用該端功能實現(xiàn)高電平保護。第4腳為死區(qū)時間控制端。當(dāng)外加1V以下的電壓時,死區(qū)時間與外加電壓成正比。如果電壓超過1V,內(nèi)部比較器將關(guān)斷觸發(fā)器的輸出脈沖。第5腳為鋸齒波振蕩器外接定時電容端,第6腳為鋸齒波振蕩器外接定時電阻端,一般用于驅(qū)動雙極性三極管時需限制振蕩頻率小于40kHz。第7腳為接地端。第8、11腳為兩路驅(qū)動放大器NPN管的集電極開路輸出端。當(dāng)?shù)?、11腳接Vcc,第9、10腳接入發(fā)射極負(fù)載電阻到地時,兩路為正極性圖騰柱式輸出,用以驅(qū)動各種推挽開關(guān)電路。當(dāng)?shù)?、11腳接地時,兩路為同相位驅(qū)動脈沖輸出。第8、11腳和9、10腳可直接并聯(lián),雙端輸出時最大驅(qū)動電流為2×200mA,并聯(lián)運用時最大驅(qū)動電流為400mA。第14腳為內(nèi)部基準(zhǔn)電壓精密穩(wěn)壓電路端。輸出5V±0.25V的基準(zhǔn)電壓,最大負(fù)載電流為10mA。用于誤差檢出基準(zhǔn)電壓和控制模式的控制電壓。TL494的極限參數(shù):最高瞬間工作電壓(12腳)42V,最大輸出電流250mA,最高誤差輸入電壓Vcc+0.3V,測試/環(huán)境溫度≤45℃,最大允許功耗1W,最高結(jié)溫150℃,使用溫度范圍0~70℃,保存溫度-65~+150℃。
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