CCFL推挽式缓冲电路
摘要：ds3984, ds3988, ds3881, ds3882, ds3992和ds3994为冷阴极荧光灯(ccfl)控制器，它们使用推挽结构来产生驱动荧光灯所需的高压交流波形。在推挽式驱动器中，升压变压器的寄生电感与n沟道功率mosfet的寄生输出电容组成了一个谐振回路，能产生不期望的尖峰电压。高压尖峰会增加功率mosfet承受的应力，同时也会增大系统产生的电磁干扰(emi)。本应用笔记描述了如何用一个简单的电阻-电容(rc)网络来抑制该尖峰电压。
无抑制时的漏极电压图1详细列出了使用15v直流电源工作时，推挽式驱动器的典型栅极驱动电压和漏极电压波形。在推挽式驱动结构中，当互补mosfet开启时，正常情况下漏极电压会升至直流电源电压的两倍(或者本例中的30v)。然而，如图1所示，尖峰电压却高达54v。在mosfet关闭以及互补mosfet开启时，n通道功率mosfet的漏极也会出现尖峰电压。
图1. 无缓冲电路时的漏极电压
可抑制漏极尖峰电压的电路及设计可以通过为每个漏极添加简单的rc网络来抑制尖峰电压，如图2所示。合适的电阻(r)和电容(c)值可由如下过程确定。在阐述该过程之后，将有一个实例演示如何降低图1所示的尖峰电压。
图2. 推挽驱动器的漏极缓冲电路
确定合适的缓冲电路rc值： 测量尖峰谐振频率。见图3所示实例。 在mosfet的漏极和源极上并联一个电容(无电阻，仅电容)，调整电容值，直到尖峰谐振频率降低到原来的二分之一。此时，该电容值为产生尖峰电压的寄生电容值的三倍。 因为寄生电容值已知，寄生电感值可用如下等式求得： l = 1 / [(2πf)² x c]，其中，f＝谐振频率，c = 寄生电容值 现在，寄生电容和电感值都已知，谐振回路的特征阻抗可由如下等式求得： z = sqrt(l/c)，其中，l = 寄生电感值，c = 寄生电容值 rc缓冲电路中的电阻值应该接近特征阻抗，电容值应该是寄生电容值的四到十倍。使用更大的电容可以轻微降低电压过冲，但要以更多的功率耗散和更低的逆变效率为代价。 计算rc缓冲器元件值在这部分，使用前面提到的五个步骤，可以计算出组成缓冲电路、用来降低图1中尖峰电压的适当电阻电容值。 找出谐振尖峰电压的频率。图3显示出它大约为35mhz。
图3. 无缓冲电路的谐振尖峰电压的频率
在漏极和地线之间并联一个电容，以将谐振频率降至大约一半(17.5mhz)。如图4所示，330pf的并联电容即可将谐振频率降低至大约17.5mhz。最佳电容值可以通过尝试并联不同容量的电容来确定。最好从小容量电容开始(比如100pf)，然后逐渐增大。
因为330pf的并联电容即可将谐振频率降至原来的二分之一，寄生电容值应该是其三分之一(大约110pf)。
图4. 提供330pf并联电容时的谐振尖峰电压频率
计算寄生电感值。 寄生电感 = l = 1 / [(2 x 3.14 x 35mhz)² * 110pf] = 0.188µh
计算特征阻抗。 特征阻抗 = z = sqrt (0.188µh / 110pf) = 41
选择适当的电阻和电容值。缓冲电路中的电阻值r应该接近41ω，而电容值c应该在寄生电容110pf的四到十倍之间。在本例中，我们选择电容c为1000pf，大约为寄生电容值的九倍。
图5显示了加入由39ω电阻及1000pf电容组成的缓冲电路后的结果。
图5. 加入rc缓冲电路(39ω，1000pf)后的漏极电压
结论本应用笔记说明，通过一些简单的经验测量，即可确定推挽式驱动结构中阻容缓冲电路的适当值。该缓冲电路可以大大降低功率mosfet漏极不期望出现的尖峰电压。
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无抑制时的漏极电压图1详细列出了使用15v直流电源工作时，推挽式驱动器的典型栅极驱动电压和漏极电压波形。在推挽式驱动结构中，当互补mosfet开启时，正常情况下漏极电压会升至直流电源电压的两倍(或者本例中的30v)。然而，如图1所示，尖峰电压却高达54v。在mosfet关闭以及互补mosfet开启时，n通道功率mosfet的漏极也会出现尖峰电压。
图1. 无缓冲电路时的漏极电压
可抑制漏极尖峰电压的电路及设计可以通过为每个漏极添加简单的rc网络来抑制尖峰电压，如图2所示。合适的电阻(r)和电容(c)值可由如下过程确定。在阐述该过程之后，将有一个实例演示如何降低图1所示的尖峰电压。
图2. 推挽驱动器的漏极缓冲电路
确定合适的缓冲电路rc值： 测量尖峰谐振频率。见图3所示实例。 在mosfet的漏极和源极上并联一个电容(无电阻，仅电容)，调整电容值，直到尖峰谐振频率降低到原来的二分之一。此时，该电容值为产生尖峰电压的寄生电容值的三倍。 因为寄生电容值已知，寄生电感值可用如下等式求得： l = 1 / [(2πf)² x c]，其中，f＝谐振频率，c = 寄生电容值 现在，寄生电容和电感值都已知，谐振回路的特征阻抗可由如下等式求得： z = sqrt(l/c)，其中，l = 寄生电感值，c = 寄生电容值 rc缓冲电路中的电阻值应该接近特征阻抗，电容值应该是寄生电容值的四到十倍。使用更大的电容可以轻微降低电压过冲，但要以更多的功率耗散和更低的逆变效率为代价。 计算rc缓冲器元件值在这部分，使用前面提到的五个步骤，可以计算出组成缓冲电路、用来降低图1中尖峰电压的适当电阻电容值。 找出谐振尖峰电压的频率。图3显示出它大约为35mhz。
图3. 无缓冲电路的谐振尖峰电压的频率
在漏极和地线之间并联一个电容，以将谐振频率降至大约一半(17.5mhz)。如图4所示，330pf的并联电容即可将谐振频率降低至大约17.5mhz。最佳电容值可以通过尝试并联不同容量的电容来确定。最好从小容量电容开始(比如100pf)，然后逐渐增大。
因为330pf的并联电容即可将谐振频率降至原来的二分之一，寄生电容值应该是其三分之一(大约110pf)。
图4. 提供330pf并联电容时的谐振尖峰电压频率
计算寄生电感值。 寄生电感 = l = 1 / [(2 x 3.14 x 35mhz)² * 110pf] = 0.188µh
计算特征阻抗。 特征阻抗 = z = sqrt (0.188µh / 110pf) = 41
选择适当的电阻和电容值。缓冲电路中的电阻值r应该接近41ω，而电容值c应该在寄生电容110pf的四到十倍之间。在本例中，我们选择电容c为1000pf，大约为寄生电容值的九倍。
图5显示了加入由39ω电阻及1000pf电容组成的缓冲电路后的结果。
图5. 加入rc缓冲电路(39ω，1000pf)后的漏极电压
结论本应用笔记说明，通过一些简单的经验测量，即可确定推挽式驱动结构中阻容缓冲电路的适当值。该缓冲电路可以大大降低功率mosfet漏极不期望出现的尖峰电压。
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