功率半导体驱动电源设计（一）综述

产业利用中，功率半导体的驱动电源功率不年夜，计划看似简略，但要计划出简略低本钱的电路并不轻易，重要难点有多少点：本文援用地点：1 电路请求简练，占用线路板面积要小一个EasyPACK™ 2B 1200V 100A六单位IGBT模块，周长20cm，占板面积27cm²，很小，在四处要部署安排6路驱动跟4-6路断绝电源并不轻易，假如须要正负电源就更庞杂。2 电力电子体系须要满意响应的安规跟绝缘共同尺度，保障合规的爬电间隔跟电气空隙，这使得PCB面积更顾此失彼。3 对中年夜功率的功率模块，驱动板会放在模块上方，会受热跟直面较强的电磁烦扰。4 微沟槽IGBT7的QG也比拟年夜，须要更年夜功率的驱动电源。这就须要一个集成度高，外围器件少，功率密度高的DCDC帮助电源计划，减小线路板面积，这对防止受烦扰，进步牢靠性也有辅助。这是开辟EiceDRIVER™ Power 2EP系列的配景。2EP100R是全桥变压器驱动器集成电路，频率调理范畴50至695kHz，占空比从10%到50%可调，可发生正负非对称输出电压，为断绝型栅极驱动器供给正负电源，在15V输入，+15V/-7.5V输出时，典范功率为5W，假如进步输入电压跟占空比，输出功率可望到达13W。2EP还集成了可调理过流阈值、输出短路维护、过温维护跟UVLO维护等功效，使得驱动电路能畸形牢靠任务。基础电路框图从管脚6跟7的外部电路能够看出，这是一颗全桥驱动器，除了高压、过温、均匀电流跟峰值电流检测跟维护的功效外，振荡器跟占空比有精度保障，还带有预充电、软启动功效。典范利用电路1 全桥整流抉择50%占空比，次级经由过程全桥整流就能实现单电源输出，当变压器匝数比2.5:1时，输出电压为+5V，长处是输出纹波小，毛病是须要四个二极管，每半周都须要流过两个二极管，两倍的整流二极管消耗，尤其当输出电压低的时间静态消耗占比年夜。2 倍压整流倍压整流比拟轻易计划，只有抉择50%占空比，变压器匝数比1.8:1，次级经由过程倍压整流就能实现正负输出比牢固为2:1，即15V跟负-7.5V，这电压对中功率IGBT模块驱动十分友爱。单绕组输出的倍压整流会在变压器上引入错误称负载电流，这些错误称电流在输入真个电阻性元件上发生错误称压降，其成果是变压器正负电压的电压跟时光乘积不相称，这将招致变压器磁芯的B-H曲线上的任务点产生偏移，变压器会局部饱跟。处理方式是在次级倍压整流的输入端串联电容器。更多的驱动电路现实上须要2-4-6路，双数绕组输出的变压器，只有将一对倍压整流的变压器同名端相反衔接，因为个别情形下各个路负载相称，如许就能够均衡变压器，可能不须要串联电容器。倍压整流道理跟计划请参考评价板EVAL-2EP130R-VD带双输出倍压整流的2EP130R变压器驱动器评价板的利用手册。3 峰值整流峰值整流能够经由过程调理占空比，实现宽范畴的正负断绝输出电压。2EP占空比10%-50%可调，使得正负输出比范畴为1:1到9:1，而变压器首次级绕组匝数比决议输出正负电压值，能够便利婚配IGBT、SiC MOSFET驱动电路计划须要。因为占空比可能不是50%，电压波形的错误称占空比就会发生直流分量，形成变压器直流偏置从而饱跟，以是咱们须要在低级绕组串联一个隔直电容。例子中，占空比DC取33%，变压器匝比TTR=1.25，以是输出电压是+15V/-7.5V，与倍压整流分歧。峰值整流把隔直电容从低级移到次级，防止变压器饱跟成绩，器件也少，更推举。转变参数，DC=22%，TTR=1.5，输出电压是+15V/-4V，合适SiC MOSFET。转变参数，DC=14%，TTR=1.4，输出电压是+15V/-2.5V，合适SiC MOSFET。总结1 对IGBT驱动个别能够采取+15/-15V跟+15V/-7.5V或+15V单电源驱动，DCDC电路能够采取全桥整流、全波整流跟倍压整流，这些电路计划简略，轻易实现。2 对SiC MOSFET，不推举用太低的负压，对IGBT来说，公道抉择负压也能够减小驱动功率，尤其是新一代微沟槽IGBT的栅极电荷QG比拟年夜，须要驱动功率也年夜，减小负压有踊跃意思。3 实现恣意负压倡议采取峰值整流，2EP占空比10%-50%可调，使得正负输出比范畴为1:1到9:1，而变压器首次级绕组匝数比决议输出正负电压值，能够便利婚配IGBT、SiC MOSFET驱动电路计划须要。4 峰值整流道理跟计划比拟庞杂，请参考评价板EVAL-2EP130R-PR跟EVAL-2EP130R-PR-SIC的利用手册。a) EVAL-2EP130R-PR：2EP130R变压器驱动器评价板，存在双输出峰值整流跟可定制的输出电压，实用于MOSFETS跟IGBT。b) EVAL-2EP130R-PR-SIC：用于SiC MOSFET的双输出峰值整流2EP130R变压器驱动器评价板。