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許多現代功率MOSFET在 5V時達到導通電阻的低值，甚至在柵極到源極電壓為5V的情況下也可達到。然而，對于大功率MOSFET，特別是絕緣柵極雙極晶體管（IGBT），工程師更希望柵極到源極電壓為12V至15V，因為這些電源開關的導通電阻在高柵極到源極電壓情況下會進一步降低。例如，國際整流器公司（International Rectifier）的17A額定IRFR024功率MOSFET有一個0.075Ω的導通電阻（參考文獻1）。當柵極到源極電壓為12V時，該器件的導通電阻與柵極到源極電壓為5V時相比，下降到其值的41％。當開關電流為10A時，該器件的功耗比柵極到源極電壓為12V時少6W。 IC1是美國模擬器件公司（Analog Devices）推出的一款ADuM5230集成電路隔離式驅動器。它可以將5V的輸入電壓提高到足以驅動MOSFET導通電阻到一個低值的水平，最大限度地減少功耗（圖1）。 但是，在低開關頻率的情況下，IC的高端內部18V箝位消耗該集成電路從低端5V電源獲得的能量（參考文獻2）。 但是，ADuM5230的輸出電壓未經調節。 幸好，該集成電路的一個調節引腳可以用來控制設備內部脈寬調制器（PWM）的占空比，將占空比的值從1降至約0.1。當調節引腳為打開時，默認占空比的值為0.55。當調節引腳連接到5V電源時會出現占空比的最低值。 IC2是安華高科技公司推出的一種ASSR-1219高級光MOSFET器件，用于控制調節引腳的電壓。該光MOSFET的輸出端之間有一個0V飽和電壓。由于經典光耦合器具備一個雙極光電晶體管，在這種情況下用它作IC2不太合適。雙極光電晶體管有0.4V的飽和電壓，并且，一個普通光耦合器的電流傳輸比（CTR）在接近飽和輸出時將顯著降低。 當IC1的高端輸出電壓的負載很輕或者可以忽略時，考慮將調節引腳的電壓轉為外部電壓電平。 有些時候，IC1的高端輸出電壓VISO會超過VZ(IF)+VFLED~13.5V的約值，其中VZ(IF)是D2的正向電流IF的穩壓二極管D1的電壓，VFLED是IC2的發光二極管D2中的最低正向電壓。IC1超過了這個值，電流開始從D2流過，D2輸出的MOSFET開始導電。 IC2的制造商為開/關操作而設計此器件，建議使用的正向電流至少為0.5mA（參考文獻3）。 當IC2輸出的MOSFET處在信號級別負載情況下，幾十微安通過發光二極管的正向電流導致光MOSFET的導通電阻值從幾乎無窮大變為幾千歐姆。調節引腳的電壓電平上升，而IC1的兩個 PWM的占空因數下降。這一行為建立了一個隔離式負電壓反饋。因此，IC2中MOSFET和發光二極管的溫度對電路的性能影響極小。在輕負載情況下，5V電源的電流負載遠遠低于使用打開調節引腳的IC1的電流負載。 測試時，卸載IC1的默認電源電流為約94.6 mA。在電路中有反饋的情況下，該值會降到31.7 mA。在重載情況下，IC1高端的輸出電流上升到約20mA，并且占空因數自動上升到一個高于默認電源電流的適當值。因此，輸出電壓在大約3.7mA到 22.6 mA的范圍內為13.5V。電路的功率效率為20％或更高。在輸出電流為4.5mA的情況下，功率效率為20.5％，而IC1的功率效率約為15％。在電流為3.7mA的情況下，電路的效率可達20％。該值大大高于IC1在調節引腳開放時的13％。 |
