摘要:通常半桥开关电源正常工作时,上管Q1和下管Q2是交替导通,且中间必须插入一个两者都关断时的“死区时间”。但在开关电源工作初始时,第一个高电平驱动信号往往是先给下管Q2,让下管Q2先导通。
半桥拓扑结构开关电源,通常由上、下两个开关管构成,上管称上桥臂、下管称下桥臂。
如图示半桥简图
那么在它工作的初始状态,是上管Q1先导通还是下管Q2先导通呢?
还是同时导通呢?为什么?
这是一个非常专业且重要的问题。简单直接的答案是:
初始状态下管Q2先导通!
通常半桥开关电源正常工作时,上管Q1和下管Q2是交替导通,且中间必须插入一个两者都关断时的“死区时间”。但在开关电源工作初始时,第一个高电平驱动信号往往是先给下管Q2,让下管Q2先导通。
下面详细解释为什么是这样的:
我们知道,半桥的两个开关管(上管Q1和下管Q2)是串联在输入电源(如BUS电压)之间的。如果上下两个管子在同一时刻都处于导通状态,就相当于用一根导线直接将电源正极和地短接在一起(直通状态。
这样会产生一个巨大的短路电流,这个电流会瞬间烧毁两个开关管,导致电源彻底损坏。
因此,任何设计良好的半桥驱动电路(如专用的半桥驱动芯片IR2110,或控制器中的驱动逻辑)都必须确保上下管绝不能同时导通,而是交替导通状态。
两管在交替导通时,又设立死区时间避免直通,为了避免直通,电源管理芯片内部控制电路会在一个管子关闭后,故意等待一小段时间,再去开启另一个管子。这段两个管子都处于关断状态的时间就叫做“死区时间”。
虽然运行时是交替的且有死区时间控制,但在电源刚启动的瞬间,控制芯片需要一个确定的起始状态。
假设先驱动上管,我们知道驱动上管(Q1)通常需要一个比其源极(S极)电压高10-15V的电压(VgS)。但由于在初始状态,其VgS电压为0V,这显然是不行的。
那么怎样来得到这个10V~15V的Vgs电压呢?
由于上管的源极是接在开关节点(SW)上,电压是不断跳变的(从0V到Vbus),常规电源无法直接提供。
为了达到这一目的,最常用、最经济的解决方案是使用自举电路来完成。它由一个二极管D1和一个电容C1组成。通过这一电路升压,当获取了10V~15V的Vgs电压时,上管Q1才能正常导通。
如图示
而这个自举电路要想给电容C1充电,就必须下管Q2导通。
因此,只有下管Q2先导通。
当下管(Q2)导通时,开关节点(SW)的电压被拉低到接近GND(地)。此时,VCC电源可以通过自举二极管D1给自举电容C1充电,为驱动上管提供10V~15V的VgS电压。
如果一开始就先驱动上管Q1,自举电容C1还没有电荷,无法提供足够的驱动电压,会导致上管Q1无法完全导通(工作在放大区)而急剧发热烧毁。
因此,为了让自举电容C1完成初始充电,第一个有效的驱动脉冲通常会给到下管Q2。
也就是说,只有下管Q2先导通,自举升压电路工作,给C1充电,上管Q1才能导通并正常工作。
如图示
因此在半桥拓扑结构开关电源工作初始状态,只有下管先导通,此时SW点电压为低,自举电容充电,这样开始工作,才能有助于控制环路平稳建立,避免启动时的冲击电流和电压过冲。
当然在某些特定的拓扑或控制模式下(如电流模式控制或带有同步整流的LLC半桥),初始状态可能会有细微差别,但防止直通和满足驱动电路需求这两个基本原则是永远不变的。
不知道友友们还有不同看法吗?[比心]
来源:后来者驿站(老周)