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增加功率比和占空比的隔离FET脉冲驱动器

Jaime Castello?? Jose M Espi和Rafael Garcia-Gil?? 西班牙巴伦西亚大学: EDN China?? 2010年08月29日 ?? 收藏0

  在电源转换器中,脉冲驱动电路将一个控制器生成的脉冲传送给功率晶体管。驱动电路必须通过电气隔离传输控制器的开关on/off信号,同时还要提供开关通断的能量,以保持所需要的on或off状态。所需要的能量随功率晶体管的输入电容的增加而提高,同时也随晶体管模块所控制的功率而增加。因此,当电路需要大功率时,设计者通常会将功率晶体管并联,这增加了输入电容。当你需要并联使用IGBT(绝缘栅双极晶体管)模块时,最好能共用栅极驱动,因为采用不同的驱动电路时,会给导通和关断时间带来额外的变化,使各个电源模块之间可能产生不平衡问题。

  图1中电路的基础源于以前的一篇设计实例(参考文献1)。电路的运行基本上与其相同,但此电路可以驱动输入电容高于5nF的MOSFET或IGBT。本电路提供完全的电气隔离,不需要浮动电源;它可以传送接近100%的占空比。

图1 ,  这款隔离脉冲驱动器可以传送所有占空比,即使采用了有大输入栅极电容的大功率MOSFET/IGBT模块。

图1 ,? 这款隔离脉冲驱动器可以传送所有占空比,即使采用了有大输入栅极电容的大功率MOSFET/IGBT模块。

  本电路在前一个设计实例电路上增加了晶体管Q6与Q7。现在晶体管Q1、Q2、Q3和Q4有较大功率,因为它们可以根据需要驱动晶体管,控制更大的电流。晶体管Q1和Q2为BUZ71,而Q3和Q4为BUZ171器件,Q6和Q7为ZNV2106。微分电路C1/R1和C2/R2生成1μs长的脉冲,但并非如参考文献1所述那样,直接加在晶体管Q1和Q2的栅极,而是加给晶体管Q6和Q7。虽然Q1和Q2输入电容接近700 pF,但Q6和Q7的输入电容约为75 pF,确保了窄脉冲的正常传输。

  在驱动控制信号的上升沿,Q7导通,其电流开始通过Q7的导通电阻,为Q2的输入电容充电。由于Q7导通电阻仅有数欧大小,并且不存在其它的漏极电阻,因此Q2输入电容的充电过程变得很快,虽然其输入电容较大。

  随着Q2栅极电压的升高,Q7的栅源电压下降,晶体管关闭。于是,微分电路生成的窄脉冲通过耦合变压器T1送至晶体管Q7和Q2,并到Q3,它为Q5的栅源输入电容充电。同样的过程在驱动控制信号的下降沿上出现在Q6、Q1和Q4上,为Q5的栅源输入电容放电。

  通过电位计P1,可以控制Q1和Q2的放电时间,因此可以调整施加在功率晶体管上的驱动信号偏移。由于Q6/Q1和Q7/Q2传送窄脉冲,有快速的上升和下降沿,因此对高开关频率也可以获得很大的占空比变化范围。通过一个20 kHz开关频率就可以控制2%?98%的占空比。电路的紧凑设计使之可以装在电源模块内,从而尽可能减少了寄生因素。

图2    这个用于电网注入10 kW三相转换器的隔离FET脉冲驱动器只需要少量元件,拥有电气隔离。

图2??? 这个用于电网注入10 kW三相转换器的隔离FET脉冲驱动器只需要少量元件,拥有电气隔离。

  图2中的驱动器原型为用于电网注入的10 kW/20 kHz的三相功率转换器。电路使用来自Semikron公司(www.semikron.com