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反激式转换器电路中 BiMOSFET 的性能比较
接线图
2023年09月07日 20:03 270
admin
反激式转换器是最简单的转换器类型之一。最小配置仅包含一个开关、一个变压器、一个二极管和两个电容器，如图 1 所示。这种转换器类型的能量存储在铁氧体磁芯的气隙中。初级电流在开关导通状态期间上升，存储磁能，然后在开关关闭时通过二极管传输到输出。该转换器类型的功率范围限制为大约 300 W。
反激式应用
反激式转换器的典型应用之一是逆变器中 IGBT 栅极驱动器的辅助电源。该应用具有所有要求，反激式转换器可以理想地满足这些要求。
交换机的要求
驱动逆变器中的反激式转换器的开关的基本要求是高击穿电压。在反激式转换器中，施加到开关的最大电压大约是输入电压的两倍。因此，最小击穿电压必须高于 2 x Vin。对于在 400 V 主电源上使用的用于电机控制的标准逆变器，在电机制动操作模式下，直流母线电压最高可达 750 V。这里需要至少 1600 V 的击穿电压。
BiMOSFET芯片技术
标准高压 IGBT 对于反激式应用而言速度太慢。新的高压 BIMOSFET 晶体管系列正在满足这些需求。
MOSFET 和 IGBT 的传统结构通常称为 DMOS（双扩散金属氧化物硅），它由生长在厚的低电阻率硅衬底顶部的一层外延硅组成，如图 3 所示。
驾驶员要求
标准BIMOSFET
BIMOSFET“G”型
静态行为
比较输出曲线时，我们可以看到 MOSFET 的线性特性和 BIMOSFET 的双极行为。
对于更高的峰值电流，我们需要 15 V 栅极电压才能正常导通。通态损耗存在显着差异。在 2 A 和 15 V 栅极驱动下，MOSFET 的压降为 18 V，而 BIMOSFET 的压降仅为 4 V。这使得传导损耗减少 4.5 倍。我们还可以看到 BIMOSFET 的电流能力要高得多，与 MOSFET 的电流限制为 3 A 相比，它可以轻松传导超过 10 A 的电流。
切换行为
我们进行了多项比较测量来量化标准高压 MOSFET 和 BIMOSFET 的性能。
测试设备是双脉冲测试仪，当MOSFET导通时，续流二极管仍然导通。因此，导通波形受到二极管恢复行为的影响。然而，由于二极管对 MOSFET 或 BIMOSFET 的影响相同，因此性能相当。
图 1 反激式
该电路的优点是非常宽的输入输出电压比以及添加更多次级绕组以产生多个输出电压的可行性。此外，在初级侧和次级侧之间具有电流绝缘是有利的。缺点是开关所需的高击穿电压以及变压器气隙产生的 RFI 辐射。反激式转换器无法在没有负载或闭合调节环路的情况下工作，否则输出电压将超过允许的限制。反激式应用
反激式转换器的典型应用之一是逆变器中 IGBT 栅极驱动器的辅助电源。该应用具有所有要求，反激式转换器可以理想地满足这些要求。
图2 逆变器
图 2 中的阴影区域显示了带有启动电路作为驱动转换器一部分的转换器，带有启动电路作为驱动逆变器的一部分。可以使用相对较少的元件来非常经济高效地构建辅助电源。交换机的要求
驱动逆变器中的反激式转换器的开关的基本要求是高击穿电压。在反激式转换器中，施加到开关的最大电压大约是输入电压的两倍。因此，最小击穿电压必须高于 2 x Vin。对于在 400 V 主电源上使用的用于电机控制的标准逆变器，在电机制动操作模式下，直流母线电压最高可达 750 V。这里需要至少 1600 V 的击穿电压。
BiMOSFET芯片技术
标准高压 IGBT 对于反激式应用而言速度太慢。新的高压 BIMOSFET 晶体管系列正在满足这些需求。
MOSFET 和 IGBT 的传统结构通常称为 DMOS（双扩散金属氧化物硅），它由生长在厚的低电阻率硅衬底顶部的一层外延硅组成，如图 3 所示。
图3 横截面
BIMOSFET 有两种类型： 标准类型专为 V_GE = 15 V/0 V 的 IGBT 控制而设计，同时保持“G”类型可以在与 MOSFET 相同的栅极电压下运行，如下所述部分。此外，两种类型的静态和动态行为是相同的。驾驶员要求
标准BIMOSFET
BIMOSFET“G”型
静态行为
比较输出曲线时，我们可以看到 MOSFET 的线性特性和 BIMOSFET 的双极行为。
对于更高的峰值电流，我们需要 15 V 栅极电压才能正常导通。通态损耗存在显着差异。在 2 A 和 15 V 栅极驱动下，MOSFET 的压降为 18 V，而 BIMOSFET 的压降仅为 4 V。这使得传导损耗减少 4.5 倍。我们还可以看到 BIMOSFET 的电流能力要高得多，与 MOSFET 的电流限制为 3 A 相比，它可以轻松传导超过 10 A 的电流。
切换行为
我们进行了多项比较测量来量化标准高压 MOSFET 和 BIMOSFET 的性能。
测试设备是双脉冲测试仪，当MOSFET导通时，续流二极管仍然导通。因此，导通波形受到二极管恢复行为的影响。然而，由于二极管对 MOSFET 或 BIMOSFET 的影响相同，因此性能相当。
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