分享MOS管驱动变压器隔离电路的分析与应用

mos管隔离驱动电路，如果驱动高压MOS管，我们需要采用变压器驱动的方式和集成的高边开关。这两个解决方案各自有优点和缺点，适合不同的应用。

集成高边驱动器方案很方便，优点是电路板面积较小，缺点是有很大的导通和关断延迟。变压器耦合解决方案的优点是延迟非常低，可以在很高的压差下工作。

MOS管驱动相关的问题

变压器有两个绕组，初级绕组和次级绕组实现了隔离，初级和次级的匝数比变化实现了电压缩放。理想情况下，变压器是不储存能量的（反激“变压器”其实是耦合电感）。

不过实际上变压器还是储存了少量能量在线圈和磁芯的气隙形成的磁场区域，这种能量表现为漏感和磁化电感。对于功率变压器来说，减少漏感可以减少能量损耗，以提高效率。MOS管驱动器变压器的平均功率很小，但是在开通和关闭的时候传递了很高的电流，为了减少延迟保持漏感较低仍然是必须的。

法拉第定律规定，变压器绕组的平均功率必须为零。即使是很小的直流分量可能会剩磁，最终导致磁芯饱和。这条规则对于单端信号控制的变压器耦合电路的设计有着重大影响。磁芯饱和限制了我们绕组的伏秒数。

设计的变压器必须考虑最坏情况和瞬时的最大的伏秒数。（在运行状态下，最坏情况和瞬时的，最大占空比和最大电压输入同时发生的情况），唯一我们确定的是变压器有一个稳定的电源电压。

对于单端应用的功率变压器来说，很大一部分开关周期需要保留来保证磁芯的正确复位（正激变换器）。复位时间大小限制电路运行的占空比。不过由于采用交流耦合实现了双向磁化，即使对于单端MOS管驱动变压器也不是问题。

单端变压器耦合MOS管驱动电路

隔直电容必须在源边电路，起到的作用是提供重启电压，如果没有该电容，变压器的磁化电压和占空比相关，变压器磁性可能饱和。

双端变压器耦合MOS管驱动电路

MOS管应用电路

MOS管最显著的特性是开关特性好，所以被广泛应用于需要电子开关的电路中，常见的如开关电源和马达驱动电路，也有照明调光。现在的MOS驱动，有几个特别的需求：

1.低压应用

当使用5V电源，这时候如果使用传统的图腾柱结构，由于三极管的be只有0.7V左右的压降，导致实际最终加载gate上的电压只有4.3V，这时候，我们选用标称gate电压4.5V的MOS管就存在一定的风险。同样的问题也发生在使用3V或者其他低压电源的场合。

2.宽电压应用

输入电压并不是一个固定值，它会随着时间或者其他因素而变动。这个变动导致PWM电路提供给MOS管的驱动电压是不稳定的。为了让MOS管在高gate电压下安全，很多MOS管内置了稳压管强行限制gate电压的幅值。

在这种情况下，当提供的驱动电压超过稳压管的电压，就会引起较大的静态功耗。同时，如果简单的用电阻分压的原理降低gate电压，就会出现输入电压比较高的时候MOS管工作良好，而输入电压降低的时候gate电压不足，引起导通不够彻底，从而增加功耗。

3.双电压应用

在一些控制电路中，逻辑部分使用典型的5V或3.3V数字电压，而功率部分使用12V甚至更高的电压。两个电压采用共地方式连接。

这就提出一个要求，需要使用一个电路，让低压侧能够有效的控制高压侧的MOS管，同时高压侧的MOS管也同样会面对1和2提到的问题。

在这三种情况下，图腾柱结构无法满足输出需求，而很多现成的MOS驱动IC，似乎也没有包含gate电压限制的结构。