驱动电路工作原理 - 非隔离式AC/DC降压转换器的设计方案

　　双极型晶体管Q1和电阻R4及R5构成一个恒流驱动的电平位移器，其允许低压 TPS64203控制器操作由Q2和Q3构成的离散式栅极驱动电路。同控制器一样，电平位移器在启动时由齐纳二极管D2驱动，而在启动以后经调节的5V则通过肖特基二极管D4驱动。功率FET Q4的栅极必须刚好过驱动，以为要求输出电流提供可接受的RDS(on)。驱动过多会增加开关损耗，而驱动过少又会增加传导损耗。检查一些实验和误差后，我们选择了 VGS ≈12 V。

　　电容C4和二极管D3对驱动电路的功能至关重要。通过选择电阻R5来将12V栅极驱动电平设置在整流器输出电压以下。二极管D3将电容C4限定在这一电平。特别是，当U1的开关引脚输出一个低信号来开启功率FET时，信号被电平位移到Q3的基极。晶体管Q3开启，并快速地将Q4的栅—源电容CGS充电至 12V。如果没有C4和D3的话，关闭Q4会让Q3成为一种漏极接地的昂贵的高压双极型晶体管。当U1的开关引脚输出一个高信号来关闭功率FET时，该信号被电平位移至Q2的基极。Q2开启，有效地将Q4的栅极与输入电压连接。在没有起到本地电源作用的电容C4的情况下，晶体管Q2和Q3无法提供快速(且因此而高效地)上拉或下拉Q4栅极电容所必需的快速电流峰值，注意到这一点很重要。另外，由R4设定的电平位移器电流ILS必须足够高，以在ton(min)期间移动Q4的栅极电荷QGate。也就是说：

　　电容C4值设定大于Q4的栅极电容，但其必须足够小，以便在更短控制器最小导通与断开时间期间能够得到再充电。图3显示了300V和500mA负载输入电压下，一个开关周期的栅极和漏极导通/断开时间。表1显示了测得的转换效率。

　　图 3 一个开关周期的Q4栅极和漏极电压

　　表 1 测得的转换效率

　　电流限制与软启动

　　在许多低压应用中，TPS6420x使用一个高端限流电路，旨在将安装在VIN和 ISENSE引脚之间的电流检测电阻的压降同基准参考电压进行对比。如果检测电阻的电压超出该电压，则电路关闭开关，从而实现逐脉冲电流限制。高压应用中， ISENSE引脚上没有过电压时无法使用限流电路，因此ISENSE引脚高位连接至VIN。图1所示电路没有电流限制，推荐使用高端保险丝来提供短路保护。

　　在一些典型的启动应用中，TPS64203限流值慢慢上升，以提供限流的受控软启动。在这种应用中，限流电路和软启动均无效;因此，启动浪涌电流会很大，而输出电压会稍稍过冲，如图 4 所示。

　　图4 VIN=300V时10Ω负载启动

　　结论

　　低压降压转换器通过AC电源来提供DC电压，在没有变压器的情况下就可以获得近60%的转换效率。这种电路也可以用于DC/DC转换，其输入 DC电压高于TPS6420x 的最大额定值。