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简化电源应用的驱动程序

2020-04-03 14:02 来源:电源网编译 编辑:咩咩

随着新的应用领域和市场的兴起,近年来全球电源需求激增,节能成为设备设计的重要方面。这使得高效的逆变器电路和转换器必不可少,尤其是对于要求高功率转换的电源和驱动器而言。

随着实现高效率的需求,减小装置尺寸的挑战也增加了。通常通过增加工作频率来实现这种降低。这种增加又需要更复杂的驱动器,并且需要优化碳化硅(SiC)MOSFET或IGBT的驱动电压。

提高效率同时减小器件尺寸的目的已经增加了对高性能功率器件和栅极驱动器的需求。因此,预计碳化硅功率器件的市场将会扩大,碳化硅功率器件体现了高效率,并且在新一代逆变器中越来越受欢迎。 SiC二极管已经用于电源和大功率逆变器的功率因数校正(PFC)电路中,并且SiC MOSFET越来越多地用于开关应用中。 SiC MOSFET可以通过启用高速开关以及故障保护的电路布局和配置来降低栅极控制电路中产生的噪声,从而提高逆变器效率。

田村门极驱动器模块

凭借在磁路领域的核心竞争力,田村在SiC / IGBT栅极驱动器模块(GDM)的开发方面拥有数年的经验。该公司的目标是设计高度集成的设备(例如模块),而不是单个组件。这些模块本质上是即插即用的,因此简化了电路设计:设计人员只需要定义输入和输出信号,其余的一切都由模块内部执行。

栅极驱动器模块的显着特征是使用磁耦合来传输栅极驱动信号,田村公司具有丰富的经验。它的模块既有独立版本(“驱动器模块”),又有连接板(“驱动器单元”),能够安装在任何制造商的相应电源模块上。田村公司希望优化其模块的占地面积和外形,最近推出的设备可以将更大的变压器换成平面等效产品。据该公司称,切换到平面变压器可以将绝缘电压提高到5 kV。

大多数模块的额定最大输出功率约为150 kW,但也可提供能够提供高达1 MW的“ 4合1”驱动器单元。第一代(最高1200V)产品包括驱动器模块和驱动器单元。第二代(最高1,700V)设备还包括三级DC / DC转换器和4合1驱动器单元。

根据特定的应用,设计人员可以决定是围绕DC / DC转换器设计完整的驱动器,还是使用2in1解决方案(模块和驱动器单元)。田村表示,其多合一解决方案节省了完整设计活动所需的时间和成本,该公司还引用了其模块的其他优势。

例如,假设共模噪声存在问题,我们希望消除由它引起的任何故障。一种典型的解决方案是提高dV / dt,但这需要低寄生电容。田村模块的杂散电容非常低(2DD系列为9 pF,2DMB系列为12 pF),因此可以抑制高dV / dt引起的共模噪声,从而防止了由于噪声传播到输入侧和其他通道而导致的设备故障。

简化电源应用的驱动程序

图1:软关断保护(图片:田村)

田村表示,即使在较高的开关频率下,驱动器电路的内部阻抗也非常低,仅为50mΩ或更低。因此,开关速度不受栅极阻抗的限制。小型模块封装适合大多数电源模块类型的占用空间,使设计人员在安排模块布局时有一定的自由度,以最大程度地提高效率并最小化噪声。田村设计了自己的平面变压器,适用于1,700V模块系列。

该公司的GDM包含多种保护模式,例如软关闭。如图1所示,通过在软关断引脚上增加一个电阻,可以定义关断时间。

GDM中的米勒钳位功能可防止SiC电源模块出现低阈值电压和高dV / dt的故障。这种保护可防止由于连接到输出引脚的功率器件的米勒电流而导致栅极电压升高。最后,有源钳位门功能可保护电源模块免受浪涌影响集电极-发射极电压(VCE)信号的影响。

Rohm,TI,Maxim和Infineon

罗姆半导体(Rohm Semiconductor)创建了具有集成隔离器的栅极驱动器,该隔离器充分利用了IGBT和MOSFET电源的性能。 Rohm表示,BM6104FV集成了短路保护,而BM60014FV的简单设计加快了产品开发过程。栅极驱动器采用紧凑型封装,该公司称这是业界最小的隔离器。这些产品将公司的Bi-CDMOS技术与新的片上变压器技术相结合。

去年底,德州仪器(TI)推出了具有集成检测功能的隔离式栅极驱动器,用于IGBT和SiC MOSFET。 TI称,这些新产品具有先进的监视和保护系统,并提高了汽车和工业应用中的整体系统效率。门驱动器使设计人员可以创建特别紧凑的设计,同时为牵引逆变器,集成式电池充电器,光伏逆变器和电机驱动器等应用实现更高的效率和更高的性能。新器件为SiC IGBT和MOSFET提供集成的感测功能,简化了设计,并在高达1.5 kVrms的应用中实现了更高的系统可靠性。

Maxim Integrated的新型MAX22701E驱动器具有300 kV / µs的高共模瞬变抗扰度(CMTI),从而延长了系统正常运行时间。共模瞬变可能是由寄生脉冲门的驱动电路引起的,从而导致短路状态。控制功率转换器的驱动电路必须设计成能够承受这些噪声源。 Maxim Integrated的驱动器设计用于在大功率工业系统中切换电源,例如太阳能逆变器,电动机驱动器和储能系统。

MAX22701E与SiC和氮化镓(GaN)FET兼容,并具有技术指标,该公司称其可减少停机时间并减少损耗。该驱动器采用8引脚3.9×4.9 mm窄体小外形IC封装,具有从–40°C至125°C的扩展温度范围(图2)。

简化电源应用的驱动程序

图2:MAX22701E的框图(图片:Maxim Integrated)

英飞凌科技公司拥有两通道的EiceDRIVER集成电路系列,可用于高性能电源转换应用。栅极驱动器适用于服务器,电信和工业开关电源中的高压PFC和DC / DC级以及同步研磨级。其他应用包括48V至12V DC / DC转换器、电池和电动汽车充电站、智能电网和太阳能微型逆变器。

本文编译自powerelectronicsnews。

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