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前言：使用门电路控制驱动PMOS+NMOS的驱动方案设计，关键是产生带死区控制的驱动波形，并且驱动能力和驱动电平匹配后端驱动的MOS管。没做到以上几点要求，就会导致MOS管发热，上下MOS管有短暂直通，甚至烧毁MOS管。另外就是设计的电路简洁，毕竟器件多了给设计和调试带来很多麻烦，可靠性也会降低。 本设计使用1片74HC14的非门芯片，使用里面的6个单元门电路，配合外围必须的电阻，电容，二极管来实现3个部分的电路：方波生成和微调电路，开关死区生成电路，MOS管驱动电路。 T1左边部分就是我们今天要讲解的3个部分
方波生成和微调电路
我测试过74HC系列，74LVC系列，CD4000（HEF是CD系列不同公司为避免专利另外取的名字）。其中CD/HEF系列产生方波时的静态电流最小，但是CD/HEF驱动能力太弱，不适合直接驱动MOS管做开关应用。静态电流第二小的是74HC系列，并且也有足够的驱动能力驱动结电容＜500pF的MOS管，因此本方案就使用74HC系列的74HC14，6非门芯片。至于74LVC系列虽然驱动能力在上面几个中最强，但是静态电流达到20mA以上，不适合做方波生成电路。 上图中的U26A和R72,C83就是一个最简的方波生成电路，通过调整R72和C83的RC常数就可以调整方波频率。就是R*C值越小，开关频率越快。关于频率计算在NXP的74HC14手册上给了计算公式 以上公式对于不同厂家的74HC14，不同的工作电压，有没有增加R71+D25的微调电路频率都有变化，可以作为粗略的估算值。 因为非门芯片对于输入的高电平和低电平阈值并不是严格对称的，因此光一个R和C产生的方波占空比和50%相差会比较大，我们设计的时候潜意识下总想让这个方波占空比为50%，飞飞电源因为有隔直电容的存在，对于驱动PMOS和NMOS的波形并不需要完全相等，不相等只是让输出纹波大小波相差更明显。但是传统的推挽驱动就要求2个驱动波形完全相等，否者变压器有直流分量会烧MOS管。 R71和D25的加入就是为了对方波占空比微调的，使得占空比接近50%，而且是从统计学上来说接近50%，因为就算手边的样品调试的时候示波器上显示占空比是50%，但是因为模拟器件的离散性，这个微调电路又是基于微调RC参数而不是D触发器的数字方式产生50%方波。因此无法保证量产时每个产品方波都是50%。U26F是对产生的方波做驱动缓冲，使得后端的负载变化不至于直接影响方波生成电路，不是必须的。
开关死区生成电路红色虚线部分就是核心的部分：使用1个二极管+1个电阻+1个电容产生只有一个边沿有延时的模拟波形。并且可以看到上图的D26和D27两个方向是相反的。 简单分析下过程： 没有红色框内的电路，驱动PMOS和NMOS的波形基本上是一样的波形。 PMOS要导通的时候需要一个低电平。那么在非门U26C和UC26B的左侧，就需要有一个高电平。U26F输出的高电平经过R73和C84的RC延时。那么对PMOS来说，导通时间就滞后了一会。 当PMOS要关断需要高电平，在非门U26C和UC26B的左侧，就需要有一个低电平。U26F的低电平马上经过D26让U26C和U26B输出一个高电平，马上关断PMOS。 NMOS也可以用上面的方式分析：让NMOS延时一会开通，马上关断NMPS。 这样NMOS和PMOS在同一个方波源经过死区生成电路，导通都是延时一会导通，关断都是马上关断。这样就产生了一个死区。死区时间就是和RC常数有关的一个值。调整R或C的值就可以调整死区时间。
MOS管驱动电路
这部分就比较简单了。通过2个单元非门并联来增加驱动能力，直接驱动MOS管。上图就是2MOS驱动电路方式。\ 74HC14门电路驱动方案的驱动波形：
上图绿色为NMOS的驱动波形。红色为PMOS的驱动波形。 开关频率为119.9Khz（可以通过调小R72*C83的值加快开关频率。相应的R71微调电阻值也要调整下用于使得方波接近50%） 死区时间为0.2us（可以通过调整死区生成电路的R73*C84和 R74*C85，变大则死区时间变大） 隔离电源效率测试：
对比之前使用FFMS-ADJ1驱动方案的100KHz宽脉冲效率测试 可以看到上面2者因为静态电流不同对小电流输出的效率有差异。占空比不同带来的VO_VCC电压有一定差异外，效率是差不多的。 隔离电源纹波测试：
带50R电阻负载，负载电流116mA的纹波： 对比使用FFMS-SIMPLE开发板100KHz，宽脉冲，使用同一个FFTG0616，VO_VCC带50R电阻负载： 对比成品B0505LS模块纹波： 可以看到因为非门产生的PMOS和NMOS开关时间不是严格的相等，产生的纹波的大小波相当明显，小波很小，相对大波分到的能量就更高了些，示波器上显示的开关频率是120KHz。 使用FFMS-ADJ1芯片驱动PMOS和NMOS开关时间更接近。2个波形相差不大，整体的纹波也会平均后更小一些。示波器上显示频率为200KHz。 成品的B0505L采用推挽结构，也有不平衡产生的大小波的问题，并且波形尖峰更明显，高次谐波含量更多。示波器上显示频率为195.783Khz，模块的典型开关频率是100Khz
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发表于 2020-4-10 12:56:53
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