功率MOSFET管驱动变压器设计

电路开通动态分析：
由式(6)，时间常数τ≈R1Ciss=10×21000×10-12=2.1×10-7s；
由式(7)，栅极电压：

由式(10)，栅极串联电阻R1电流：

由式(11)，电路瞬时功率：

由式(12)，上升时间：tr=2.2τ=4.62×10-7s
开通瞬态过程(0~1μs)仿真结果如图6：
驱动变压器设计参数：
由式(13)，变压器输出电流有效值：

由式(14)，变压器功率：
P=I·U1=0.095×12=1.14W
由式(19)，系统临界振荡的变压器漏感：
Ls=0.25CissR12=0.25×21000×10-12×102=5.25×10-7H=0.525μH
为了说明变压器漏感和线路杂散电感Ls对驱动的动态过程的影响，针对本设计，根据式(21)-(24)，对不同Ls值进行开通过程(0~5μs)仿真，结果如图7。
当变压器漏感以及分布电感Ls超过临界值（如0.525μH）时，系统振荡。如果Ls过大（如4μH），一方面会使得上升时间延迟，另一方面，栅-源极间电压超调量过大，可能将会引起MOSFET管开通过程不稳定，甚至危及管子安全。因此，期望Ls小些好，所以，尽量减少变压器漏感和引线长度。
驱动变压器功率、电流都很小，在工程设计中，考虑留下余量，应该取大一些磁芯，这样做的另一个好处是，减少了变压器匝数，减少漏感量。为了进一步减少漏感，初、次级绕组导线并行绕制。此外，考虑到初次级会产生很高的电位差，应保证初次级绕组导线足够的绝缘强度。
设计的驱动变压器：磁芯PC44 EPC13，初级匝数26，次级匝数26，磁感应强度0.25T，漏感0.55μH，外形尺寸20.4×13.3×7。
实验表明，驱动变压器工作稳定可靠，损耗低，驱动波形上升沿、下降沿陡峭，无过冲现象，与仿真结果接近，满足设计要求。驱动变压器输出驱动波形如图8。
4 结论
1)驱动电路的任务就是针对MOSFET管开通、关断过程中的寄生电容进行充放电。驱动变压器是常用的磁耦元件，起到传输驱动信号和功率的作用；
2)为了加速开通，减少损耗，对驱动电路的基本要求是内阻要小，但代价是增大了驱动变压器输出电流和功率；
3)驱动变压器输出电流和功率还与开关频率和驱动电压有关，并随着频率提高或电压提高而增大。
4)为了驱动过程快速、稳定、安全可靠，抑制高频振荡，尽量减少变压器漏感和引线长度。

参考文献
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