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IGBT栅极驱动器隔离反激式转换器设计
接线图
2023年09月27日 22:09 210
admin
隔离式 IGBT 栅极驱动器需要隔离电源以实现安全隔离和电平转换。遗憾的是，基于标准电源控制 IC 的隔离电源设计并非易事。使用分立元件定制解决方案需要专业知识和大量验证工作，这些元件占用大量电路板空间并增加元件故障的可能性。更希望将功率转换功能集成到栅极驱动器中，以便于设计、占用空间小和可靠性高。
工业快速以太网 隔离式 IGBT 栅极驱动器需要隔离电源以实现安全隔离和电平转换。遗憾的是，基于标准电源控制 IC 的隔离电源设计并非易事。使用分立元件定制解决方案需要专业知识和大量验证工作，这些元件占用大量电路板空间并增加元件故障的可能性。更希望将功率转换功能集成到栅极驱动器中，以便于设计、占用空间小和可靠性高。
可以观察到这种拓扑的一些直接好处。
输出电压通过集成反馈逐门调节。
隔离边界与栅极驱动器完全对齐，从而实现紧凑的 PCB 布局。
主开关 Msw 进一步集成到栅极驱动器 IC 中。
分立元件少，易于设计。
双极性栅极偏置可以通过简单的齐纳二极管 (D4) 和电阻器 (R4) 来实现。
下面给出一个例子来说明详细的设计过程
电源规格
以下是 HEV 和 EV 应用中 IGBT 栅极驱动器的一组典型浮动电源规格。
(3-1) [tex]Vin_{min}=8hspace {1mm}V,hspace {1mm}Vin_{max}=18hspace {1mm}V[tex]
(3-2) [tex]Vcc2_{min}=18hspace {1mm}V,hspace {2mm}Vin_{max}=22hspace {1mm}V[tex]
Vcc1 旨在通过 IC 初级侧的内部线性稳压器处理 8V 至 18V 的大输入电源范围。Vcc2 提供正栅极偏压和负栅极偏压。
负载电流包括栅极驱动器 IC 的偏置电流 (Icc2) 和动态栅极驱动电流 Igate，其中
(3-3) [tex]I_{gate}=f_{pwm}×Q{g}'[tex]
f(pwm) 是 IGBT 的 PWM 开关频率，Qg' 是栅极电压从 Vee2 切换到 Vcc2 时的栅极电荷。在许多情况下，它小于 IGBT 数据表指定的 Qg，该数据表测量 -15 V 至 15 V 的栅极电荷。
对于 [tex]Q{g}' = 4hspace {1mm}mu C,hspace {1mm} f_{PWM} = 10hspace {1mm}kHz[tex]
(3-4)[tex]I_{gate} = 10hspace {1mm}kHz 乘以 4hspace {1mm}mu C = 40hspace {1mm}mA[tex]
变压器规格、缓冲器和输出整流二极管
在本节中，我们将研究与功率转换相关的变压器规格，例如初级和次级绕组电感以及匝数比。这些参数由最大输入功率、最小输入电压、开关频率范围、最大占空比和最大初级电流限制决定。
在图 1 中，初级绕组的开关频率为 60 kHz，最小值为 60 kHz。和最大。变化如下：
(4-1) [tex]fs_{min} = 40hspace {1mm}kHz, hspace {1mm}fs_{typ} = 60hspace {1mm}kHz[tex]
IC 硬性地将开启占空比限制在 50% – 60%。建议您使用最大。最大负载的占空比为 50%，以确保 Vcc2 的良好调节。
工业快速以太网 隔离式 IGBT 栅极驱动器需要隔离电源以实现安全隔离和电平转换。遗憾的是，基于标准电源控制 IC 的隔离电源设计并非易事。使用分立元件定制解决方案需要专业知识和大量验证工作，这些元件占用大量电路板空间并增加元件故障的可能性。更希望将功率转换功能集成到栅极驱动器中，以便于设计、占用空间小和可靠性高。
隔离式反激转换器框图
反激式转换器在不连续模式下使用直接占空比控制。输出电压通过集成光耦合器反馈，如图 1 所示。
IGBT栅极驱动器隔离反激式转换器设计可以观察到这种拓扑的一些直接好处。
输出电压通过集成反馈逐门调节。
隔离边界与栅极驱动器完全对齐，从而实现紧凑的 PCB 布局。
主开关 Msw 进一步集成到栅极驱动器 IC 中。
分立元件少，易于设计。
双极性栅极偏置可以通过简单的齐纳二极管 (D4) 和电阻器 (R4) 来实现。
下面给出一个例子来说明详细的设计过程
电源规格
以下是 HEV 和 EV 应用中 IGBT 栅极驱动器的一组典型浮动电源规格。
(3-1) [tex]Vin_{min}=8hspace {1mm}V,hspace {1mm}Vin_{max}=18hspace {1mm}V[tex]
(3-2) [tex]Vcc2_{min}=18hspace {1mm}V,hspace {2mm}Vin_{max}=22hspace {1mm}V[tex]
Vcc1 旨在通过 IC 初级侧的内部线性稳压器处理 8V 至 18V 的大输入电源范围。Vcc2 提供正栅极偏压和负栅极偏压。
负载电流包括栅极驱动器 IC 的偏置电流 (Icc2) 和动态栅极驱动电流 Igate，其中
(3-3) [tex]I_{gate}=f_{pwm}×Q{g}'[tex]
f(pwm) 是 IGBT 的 PWM 开关频率，Qg' 是栅极电压从 Vee2 切换到 Vcc2 时的栅极电荷。在许多情况下，它小于 IGBT 数据表指定的 Qg，该数据表测量 -15 V 至 15 V 的栅极电荷。
对于 [tex]Q{g}' = 4hspace {1mm}mu C,hspace {1mm} f_{PWM} = 10hspace {1mm}kHz[tex]
(3-4)[tex]I_{gate} = 10hspace {1mm}kHz 乘以 4hspace {1mm}mu C = 40hspace {1mm}mA[tex]
变压器规格、缓冲器和输出整流二极管
在本节中，我们将研究与功率转换相关的变压器规格，例如初级和次级绕组电感以及匝数比。这些参数由最大输入功率、最小输入电压、开关频率范围、最大占空比和最大初级电流限制决定。
在图 1 中，初级绕组的开关频率为 60 kHz，最小值为 60 kHz。和最大。变化如下：
(4-1) [tex]fs_{min} = 40hspace {1mm}kHz, hspace {1mm}fs_{typ} = 60hspace {1mm}kHz[tex]
IC 硬性地将开启占空比限制在 50% – 60%。建议您使用最大。最大负载的占空比为 50%，以确保 Vcc2 的良好调节。
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