CCFL推挽式緩沖電路

摘要：DS3984, DS3988, DS3881, DS3882, DS3992和DS3994為冷陰極熒光燈(CCFL)控制器，它們使用推挽結(jié)構(gòu)來產(chǎn)生驅(qū)動熒光燈所需的高壓交流波形。在推挽式驅(qū)動器中，升壓變壓器的寄生電感與n溝道功率MOSFET的寄生輸出電容組成了一個諧振回路，能產(chǎn)生不期望的尖峰電壓。高壓尖峰會增加功率MOSFET承受的應(yīng)力，同時也會增大系統(tǒng)產(chǎn)生的電磁干擾(EMI)。本應(yīng)用筆記描述了如何用一個簡單的電阻-電容(RC)網(wǎng)絡(luò)來抑制該尖峰電壓。

無抑制時的漏極電壓

圖1詳細列出了使用15V直流電源工作時，推挽式驅(qū)動器的典型柵極驅(qū)動電壓和漏極電壓波形。在推挽式驅(qū)動結(jié)構(gòu)中，當互補MOSFET開啟時，正常情況下漏極電壓會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54V。在MOSFET關(guān)閉以及互補MOSFET開啟時，n通道功率MOSFET的漏極也會出現(xiàn)尖峰電壓。


圖1. 無緩沖電路時的漏極電壓

可抑制漏極尖峰電壓的電路及設(shè)計

可以通過為每個漏極添加簡單的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，將有一個實例演示如何降低圖1所示的尖峰電壓。


圖2. 推挽驅(qū)動器的漏極緩沖電路

確定合適的緩沖電路RC值：

1. 測量尖峰諧振頻率。見圖3所示實例。
2. 在MOSFET的漏極和源極上并聯(lián)一個電容(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，該電容值為產(chǎn)生尖峰電壓的寄生電容值的三倍。
3. 因為寄生電容值已知，寄生電感值可用如下等式求得：
   L = 1 / [(2πF)2 x C]，其中，F(xiàn)＝諧振頻率，C = 寄生電容值
4. 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
5. 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。

計算RC緩沖器元件值

在這部分，使用前面提到的五個步驟，可以計算出組成緩沖電路、用來降低圖1中尖峰電壓的適當電阻電容值。

1. 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
   
   
2. 在漏極和地線之間并聯(lián)一個電容，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。
   
   因為330pF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)電容時的諧振尖峰電壓頻率
   
   
3. 計算寄生電感值。
   寄生電感 = L = 1 / [(2 x 3.14 x 35MHz)2 * 110pF] = 0.188μH
   
   
4. 計算特征阻抗。
   特征阻抗 = Z = SQRT (0.188μH / 110pF) = 41
   
   
5. 選擇適當?shù)碾娮韬碗娙葜?。緩沖電路中的電阻值R應(yīng)該接近41Ω，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39Ω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(39Ω，1000pF)后的漏極電壓
   
   

結(jié)論

本應(yīng)用筆記說明，通過一些簡單的經(jīng)驗測量，即可確定推挽式驅(qū)動結(jié)構(gòu)中阻容緩沖電路的適當值。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。