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鼎堅

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反激變換（huàn）器的驅動緩衝（chōng）設計

簡單回顧一下反（fǎn）激變（biàn）換的基本原理，Flyback拓（tuò）撲源於六（liù）種基本（běn）DC-DC電路之（zhī）一（yī）的Buck-Boost，如下圖所示，Buck-boost電路在連續（xù）模式（shì）（CCM）下的直流增益是-D/(1-D)，輸出電壓極性相反，如（rú）果對Buck-Boost進行隔離化，同時使（shǐ）變（biàn）壓器的線圈匝數可變並變換輸出極性，就得到了一（yī）個Flyback電路。

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Flyback的工作模式也和大多（duō）數開關電源一樣，可以工作在連續模（mó）式（CCM）、斷續模式（DCM）和臨界導通模式（BCM）。如下圖所示（shì），以工作（zuò）在連續模式（CCM）的反（fǎn）激為例（lì），可以看到理想的變壓器模型中還（hái）會存在漏感（gǎn），實際等效電路（lù）中還包括了RCD snubber吸（xī）收（增（zēng）加阻尼，降低Q值），次（cì）邊的寄生電感Ls與續流二極管串聯（包含了雜散電感、副邊漏感），以及圖中未表示完全的各種（zhǒng）寄生的感（gǎn）抗與容抗（kàng）分布參（cān）數。下（xià）圖給出了驅動信（xìn）號DRV、原邊電流Ip、次邊電流Is、原邊功率極的漏端電（diàn）壓Vds_P和次邊（biān）同步整流管的Vds_S(或續流二極管的反向壓差)。簡單來說，從t0~t2階段，勵磁電（diàn）感Lm儲能；t2~t4階段，勵磁電感儲存的能量通過變壓器傳遞到副邊給輸出（chū）電容充電。圖中的t2~t3示意性給出了實（shí）際工作中存在的換流（liú）過程。

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為什麽要加（jiā）柵極的（de）驅動緩衝

幾乎（hū）在所有的推薦的可靠性設（shè）計中，圖2中的功率極Q1的驅動都會增加一個驅動電阻和反偏的（de）二極管（guǎn）構成的驅動緩衝，二極管看起來是必要的（de），這（zhè）是為了加速關斷，因為當功率管關斷後，Q1的漏極電壓會迅速上升，即Vds_P，Cgd中存儲的電荷會通過二（èr）極管迅速泄（xiè）放（fàng）而不必通過驅動電阻Rg。電阻Rg主要是為了（le）調節驅（qū）動速度，阻抗必（bì）須提供足夠的阻尼，來降低驅動環路中因寄生電感存在的電壓或電流振蕩，降低回路（lù）Q值；同時又不能太大，以免（miǎn）mos關（guān）斷後產生很大的dv/dt使得（dé）MOS誤開通，而且太大的電阻增加係（xì）統在較高頻率時（shí）的開關損耗。除此之外，驅動緩衝還涉及以下方麵的（de）考慮：

01

優化EMI性能

EMI包括傳導和輻射（shè），前者通過寄生阻抗和其他連（lián）接以傳導方式耦合到（dào）原件（jiàn），後者通過磁（cí）場能（néng）量以無線（xiàn）方式（shì）傳輸到待測器件（jiàn）。

回顧下麥克（kè）斯韋方程組中的法（fǎ）拉第電（diàn）磁感應定律：穿過一個曲麵（miàn）的磁通的變化會在此曲麵（miàn）的任意邊界（jiè）路徑上產生感（gǎn）應電動勢，變化的（de）磁場產生環繞的電場。對於輻射而言，每個（gè）環路都是一個（gè）小的天線，環路（lù）麵（miàn）積的（de）大小、負載電流的大小、測試距離（lí）的遠（yuǎn）近、工作頻率的高低、測試方向夾角的差異，都會對輻射產生影響。通過布（bù）局的優化、降低（dī）di/dt和dv/dt噪聲、增加EMI濾波等都可以優化EMI。

02

降低次邊續流功率二極管的電壓應（yīng）力

如果反激工作在深度（dù）的CCM連續（xù）模（mó）式（啟動、短路輸出、低壓滿載），在次邊二極（jí）管續流結束後原邊開啟之間的換流階段，次邊功率二極管的反（fǎn）向恢複電流會達到一（yī）個峰值Irr然後恢複到0，而二極管正向電流下降的速率（lǜ）會影（yǐng）響反向恢複時電流下降的速率，該di/dt會在（zài）與次邊二極管串（chuàn）聯的總電感上產（chǎn）生感應電動勢，產生（shēng）電壓尖峰VRP。

3

高的電壓尖峰會對次（cì）邊二極管的應力提出挑戰，如果單純為（wéi）了抗高尖峰電壓而選擇（zé）反向耐壓更高的續流二極管或同步整流管，不僅會增（zēng）加正向導通（tōng）時的損耗，也會（huì）在不停的電流換向過程中產生損耗，還增加了成（chéng）本。

03

從電路設計的（de）角度出發可做哪些優化？

通過上述分析可以（yǐ）知道，通過增加驅動緩（huǎn）衝，在驅動速（sù）度（dù）上（shàng）做調整，以獲得EMI性能、次邊應力和整機效率的最佳折中點。
當一個係統外部所（suǒ）有的參（cān）數都優化（huà）到最佳後，需要（yào）在電路設計層麵盡可能為係統設計提供（gòng）便利。EMI的改善可以通過頻譜的搬移來實現，也就是常說的抖頻和抖峰值電流，但是柵（shān）極驅動電（diàn）阻不僅（jǐn）會帶來一個元器件的（de）增加（jiā），在不同功率的應用場合下，功率器件的Qg也會（huì）有差異，比如Qg為20nC和40nC的兩種MOS，同（tóng）樣用1A的電流進行（háng）驅動，前者（zhě）需要20ns而後者需（xū）要40ns，這帶來的di/dt和dv/dt顯然是不同的，因（yīn）此，電路設計中的（de）開關，要盡可能地“軟”，軟到某些應用場合下甚至可以省略驅動緩衝（chōng）中的電阻Rg，最好的做法（fǎ）是能實現驅動不同MOS時速度（dù）的自動調整（zhěng）。

實現這種驅動速度調整的方法有很多（duō），比（bǐ）如可以集成一個（gè）簡單的逐次逼近的SAR ADC，通過一（yī）個時鍾沿觸（chù）發（fā）異步時（shí）鍾，通過SAR邏（luó）輯的控製（zhì），對驅動MOS的柵極信號從0到Miller平台到來之（zhī）間的時（shí）間差進行量化（huà），通過閉（bì）環與目標值進（jìn）行比較進行調整，直到驅（qū）動（dòng）速度（dù）穩定；也可以直接對表征上升沿（yán）速度的脈衝信號進行低通濾波（bō）獲得表征占空比信息（xī）的電壓信號，對此電壓信號進行誤差（chà）調整。

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