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柵極驅動損耗功率開關驅動電路

發布時間:2020/8/6 18:08:28 訪問次數:1837

附加損耗與所有運行功率電路所需的功能器件有關,這些器件包括與控制 IC 相關的電路以及反饋電路。相比于電源的其他損耗,這些損耗一般較小,但是可以作些分析看看是否有改進的可能。

啟動電路從輸入電壓獲得直流電流,使控制 IC 和驅動電路有足夠的能量啟動電源。如果這個啟動電路不能在電源啟動后切斷電流,那么電路會有高達 3W 的持續的損耗,損耗大小取決于輸入電壓。

功率開關驅動電路。如果功率開關用雙極型功率晶體管,則基極驅動電流必須大于晶體管集電極 e 峰值電流除以增益(hFE)。功率晶體管的典型增益在 5-15 之間,這意味著如果是 10A 的峰值電流,就要求 0.66~2A 的基極電流。基射極之間有 0.7V 壓降,如果基極電流不是從非常接近 0.7V 的電壓取得,則會產生很大的損耗。

功率 MOSFET 驅動效率比雙極型功率晶體管高。MOSFET 柵極有兩個與漏源極相連的等效電容,即柵源電容 Ciss 和漏源電容 Crss。MOSFET 柵極驅動的損耗來自于開通 MOSFET 時輔助電壓對柵極電容的充電,關斷 MOSFET 時又對地放電。

對這個損耗,除了選擇 Ciss 和 Crss 值較低的 MOSFET,從而有可能略微降低最大柵極驅動電壓以外,沒有太多的辦法。

 

與變壓器和電感有關的損耗主要有三種:磁滯損耗、渦流損耗和電阻損耗。在設計和構造變壓器和電感時可以控制這些損耗。

磁滯損耗與繞組的匝數和驅動方式有關。它決定了每個工作周期在 B-H 曲線內掃過的面積。掃過的面積就是磁場力所作的功,磁場力使磁心內的磁疇重新排列,掃過的面積越大,磁滯損耗就越大。

工業伺服控制、壓縮機、變頻器等工業應用中普遍使用IGBT作為功率半導體器件,工業驅動控制中,功率因子矯正、剎車和馬達驅動對IGBT開關頻率、飽和壓降和短路耐受電流等參數要求不同,安森美半導體650V FS4 Trench 和1200V FS Trench III IGBT優化參數適應不同需求,同時,安森美半導體將TO-3PF、ISO-TO247、PIM、TM PIM等封裝技術用于新一代的分離IGBT、智能功率模塊(IPM)和功率集成模塊(PIM)產品,在能效、散熱性、強固性等多方面都優于競爭對手。

DC/DC 轉換器為轉變輸入電壓后有效輸出固定電壓的電壓轉換器。

DC/DC 轉換器分為三類:升壓型DC/DC 轉換器、降壓型DC/DC 轉換器以及升降壓型DC/DC 轉換器。

根據客戶需求可采用三類控制。PWM 控制型效率高并具有良好的輸出電壓紋波和噪聲。PFM 控制型即使長時間使用,尤其小負載時具有耗電小的優點。

PWM/PFM 轉換型小負載時實行PFM 控制,且在重負載時自動轉換到PWM 控制。

耦合電感和變壓器繞組之間的耦合被認為是理想的。SEPIC、Cuk和Zeta變換器的方程式適用于非耦合電感:當計算這些拓撲的耦合電感時,使用元件電感值的兩倍。這也意味著,對于相同的紋波要求,一個耦合電感與一個電感解決方案的一半電感是足夠的。對Cuk、SEPIC和Zeta使用耦合電感的另一個好處是,電感和耦合電容之間的諧振頻率對電源的頻率響應沒有影響,但對單個電感有影響。

整流二極管和自由旋轉二極管(D1和D2,以及溫伯格二極管D3)的正向壓降。假設正向電壓降與之相同。所有方程都忽略了退磁二極管(D3和D4)的正向壓降。

組件的電壓和電流波形顯示在電流流過組件的方向上。變壓器和耦合電感的二次側除外,因為它們被認為是電流源。這會導致電流和電壓反向的跡象。對于反向Buck Boost和Cuk輸出電壓和電流必須為負值才能進行計算。同步降壓調節器中同步整流器的電壓和電流波形的方向與非同步降壓調節器中的二極管的方向相反,因為在這種特殊情況下,電壓是從漏極到源極測量的。

常見的基本拓撲結構

Buck降壓

Boost升壓

Buck-Boost降壓-升壓

flyback反激

Forward正激

Two-Transistor Forward雙晶體管正激

Push-Pull推挽

Half Bridge半橋

Full Bridge全橋

SEPIC

基本的脈沖寬度調制波形拓撲結構都與開關式電路

(素材來源:elecfans.如涉版權請聯系刪除。特別感謝)

 

 

附加損耗與所有運行功率電路所需的功能器件有關,這些器件包括與控制 IC 相關的電路以及反饋電路。相比于電源的其他損耗,這些損耗一般較小,但是可以作些分析看看是否有改進的可能。

啟動電路從輸入電壓獲得直流電流,使控制 IC 和驅動電路有足夠的能量啟動電源。如果這個啟動電路不能在電源啟動后切斷電流,那么電路會有高達 3W 的持續的損耗,損耗大小取決于輸入電壓。

功率開關驅動電路。如果功率開關用雙極型功率晶體管,則基極驅動電流必須大于晶體管集電極 e 峰值電流除以增益(hFE)。功率晶體管的典型增益在 5-15 之間,這意味著如果是 10A 的峰值電流,就要求 0.66~2A 的基極電流。基射極之間有 0.7V 壓降,如果基極電流不是從非常接近 0.7V 的電壓取得,則會產生很大的損耗。

功率 MOSFET 驅動效率比雙極型功率晶體管高。MOSFET 柵極有兩個與漏源極相連的等效電容,即柵源電容 Ciss 和漏源電容 Crss。MOSFET 柵極驅動的損耗來自于開通 MOSFET 時輔助電壓對柵極電容的充電,關斷 MOSFET 時又對地放電。

對這個損耗,除了選擇 Ciss 和 Crss 值較低的 MOSFET,從而有可能略微降低最大柵極驅動電壓以外,沒有太多的辦法。

 

與變壓器和電感有關的損耗主要有三種:磁滯損耗、渦流損耗和電阻損耗。在設計和構造變壓器和電感時可以控制這些損耗。

磁滯損耗與繞組的匝數和驅動方式有關。它決定了每個工作周期在 B-H 曲線內掃過的面積。掃過的面積就是磁場力所作的功,磁場力使磁心內的磁疇重新排列,掃過的面積越大,磁滯損耗就越大。

工業伺服控制、壓縮機、變頻器等工業應用中普遍使用IGBT作為功率半導體器件,工業驅動控制中,功率因子矯正、剎車和馬達驅動對IGBT開關頻率、飽和壓降和短路耐受電流等參數要求不同,安森美半導體650V FS4 Trench 和1200V FS Trench III IGBT優化參數適應不同需求,同時,安森美半導體將TO-3PF、ISO-TO247、PIM、TM PIM等封裝技術用于新一代的分離IGBT、智能功率模塊(IPM)和功率集成模塊(PIM)產品,在能效、散熱性、強固性等多方面都優于競爭對手。

DC/DC 轉換器為轉變輸入電壓后有效輸出固定電壓的電壓轉換器。

DC/DC 轉換器分為三類:升壓型DC/DC 轉換器、降壓型DC/DC 轉換器以及升降壓型DC/DC 轉換器。

根據客戶需求可采用三類控制。PWM 控制型效率高并具有良好的輸出電壓紋波和噪聲。PFM 控制型即使長時間使用,尤其小負載時具有耗電小的優點。

PWM/PFM 轉換型小負載時實行PFM 控制,且在重負載時自動轉換到PWM 控制。

耦合電感和變壓器繞組之間的耦合被認為是理想的。SEPIC、Cuk和Zeta變換器的方程式適用于非耦合電感:當計算這些拓撲的耦合電感時,使用元件電感值的兩倍。這也意味著,對于相同的紋波要求,一個耦合電感與一個電感解決方案的一半電感是足夠的。對Cuk、SEPIC和Zeta使用耦合電感的另一個好處是,電感和耦合電容之間的諧振頻率對電源的頻率響應沒有影響,但對單個電感有影響。

整流二極管和自由旋轉二極管(D1和D2,以及溫伯格二極管D3)的正向壓降。假設正向電壓降與之相同。所有方程都忽略了退磁二極管(D3和D4)的正向壓降。

組件的電壓和電流波形顯示在電流流過組件的方向上。變壓器和耦合電感的二次側除外,因為它們被認為是電流源。這會導致電流和電壓反向的跡象。對于反向Buck Boost和Cuk輸出電壓和電流必須為負值才能進行計算。同步降壓調節器中同步整流器的電壓和電流波形的方向與非同步降壓調節器中的二極管的方向相反,因為在這種特殊情況下,電壓是從漏極到源極測量的。

常見的基本拓撲結構

Buck降壓

Boost升壓

Buck-Boost降壓-升壓

flyback反激

Forward正激

Two-Transistor Forward雙晶體管正激

Push-Pull推挽

Half Bridge半橋

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(素材來源:elecfans.如涉版權請聯系刪除。特別感謝)

 

 

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