PFC驅(qū)動電路的工作原理

由于PFC的控制地和MOS管組成的雙向開關(guān)的源極不共地，因此需要解決開關(guān)管浮地驅(qū)動問題。

圖2 驅(qū)動電路圖

電路圖說明：

1. PFCPWM是DSP的PWM信號；

2. VCC_4V和AGND是DSP側(cè)的電源和控制地；Vccp_14V和AGND_DRV是MOS管驅(qū)動的電源和控制地；

3. PFCDRVA和PFCDRVB分別是2個開關(guān)管的柵極驅(qū)動信號；

4. U302為隔離光藕，U303是集成驅(qū)動芯片。

工作原理

1.1驅(qū)動電路基本工作原理

其工作原理大致如下：DSP發(fā)出PWM驅(qū)動控制信號；驅(qū)動信號通過后級推挽等放大電路驅(qū)動隔離光藕實現(xiàn)驅(qū)動信號的隔離傳輸功能（隔離光耦將弱信號的控制地和強抖動電平的驅(qū)動地隔離，同時也利用光傳輸對前級驅(qū)動的電噪聲進(jìn)行屏蔽和抑制）。由于隔離光耦的輸出電流有一定限制，無法直接驅(qū)動MOS管，故需通過驅(qū)動芯片將其輸出電平信號進(jìn)行整形和電平轉(zhuǎn)化，最后驅(qū)動MOS管。

1.2隔離光藕和驅(qū)動芯片的選擇

隔離光耦是整個驅(qū)動電路的關(guān)鍵器件，其選型需綜合考慮最大工作隔離電壓、開關(guān)速度、CMTI、傳輸延遲、最大開關(guān)頻率、成本等指標(biāo)。另外關(guān)于隔離光藕的帶寬指標(biāo)如何選擇，其對于相位裕量的影響有多大，目前還不是十分清楚，還有待后續(xù)進(jìn)一步研究。

同時，驅(qū)動芯片邏輯的選擇也直接取決于電路光藕的選擇。以圖2中的電路為例，由于H7413Z PFC的開關(guān)頻率為70KHz，故需選用高速光藕。圖2中所選用的邏輯光藕U302的輸入輸出信號為反邏輯，其輸入輸出波形示意如圖3所示（以PS9317為例）。后級的驅(qū)動芯片U303也需選用反邏輯的芯片與之匹配，其輸入輸出邏輯如圖3所示（以UCC27423為例）。

圖3 PS9317輸入輸出波形

1.3 PWM信號的放大和電平轉(zhuǎn)換

由于DSP的PWM信號幅值和輸出電流均有限，無法直接驅(qū)動隔離光耦的原邊LED，因此需使用電平轉(zhuǎn)換和放大電路，提升驅(qū)動能力。并且還需根據(jù)所用隔離光耦的VF特性差異，設(shè)計不同的前級電路：

(1) 對于邏輯門光耦，其LED的VF離散性較小(例如HCNW2211為0.32V，見圖5).

圖5 HCNW2211的VF分布范圍

(2) 對于柵極驅(qū)動光耦，由于部分廠家LED的VF離散性較大(例如Renesas PS9552L3為0.45 V，見圖7)，如果直接用圖6的推挽放大，當(dāng)VF分別取到上下限時，I-F很難設(shè)計在7-16mA之間(圖8)。H941AZ設(shè)計之初為解決HCNW2211的獨家問題，擬采用驅(qū)動光耦(39100114)，同時為滿足I-F的要求，因此設(shè)計反邏輯+推挽輸出做為前級電路。

圖7 PS9552L3的VF分布范圍

圖8 PS9552L3和FOD3120的IF推薦范圍

隨著光耦技術(shù)的發(fā)展，業(yè)內(nèi)還出現(xiàn)一種IPM接口驅(qū)動光耦，如39100151(ACPL-P480和TLP715)。它們具有更小的封裝(如Stretched SO-6)，價格也合理，而VF離散性較小(約0.2V)。

1.4光耦輸出整形和放大

通常，隔離光耦的輸出電流有一定限制。例如邏輯門光耦HCNW2211的IO小于25mA，即便是柵極驅(qū)動光耦FOD3120，其最大輸出電流也只有2.5A，無法同時驅(qū)動2個SPW47N60C3。因此，光耦輸出還需要再加一級放大電路。在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)，采用三極管推挽放大，由于強共模干擾的存在，會引起驅(qū)動Vgs的高、低電平并不是平直波形，特別是低電平存在雜亂的波動(圖9)。如果波動超過開關(guān)管的Vgs(th)，可能造成誤開通。若改用共地驅(qū)動芯片，一方面對光耦的輸出進(jìn)行整形，提高柵極驅(qū)動Vgs電平的平整度(圖10)；另一方面利用驅(qū)動芯片輸入級邏輯電平的滯環(huán)，進(jìn)一步增強對光耦輸出干擾信號的抑制能力。此外，驅(qū)動芯片一般采用FET圖騰柱輸出，其開關(guān)速度較推挽三極管更快，有利于減小開關(guān)損耗。

圖9 采用推挽三極管輸出的Vgs

圖10 采用驅(qū)動芯片輸出的Vgs

1.5其他附屬電路的工作原理

在圖2中，由于隔離光藕U302與驅(qū)動芯片U303對供電電源的要求不同，為簡化設(shè)計，我們通過穩(wěn)壓管D308將14V轉(zhuǎn)化為5.1V給隔離光藕U301供電。D302是驅(qū)動芯片的負(fù)壓鉗位二極管；在驅(qū)動回路，利用穩(wěn)壓管和電容并聯(lián)（如D301，C304）形成負(fù)壓，提高驅(qū)動脈沖零電平的抗干擾能力；C301是H7413Z中為防止驅(qū)動芯片ENB腳受到干擾導(dǎo)致誤關(guān)斷而增加的，可以根據(jù)實際調(diào)試情況是否去除。另一種方法可以是，在ENB腳與VDD之間外加大于10Kohm的上拉電阻。