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針對IGBT和MOSFET可再生能源應用的驅(qū)動器設計

作者: 時間:2013-11-25 來源:網(wǎng)絡 收藏
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本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/227809.htm

圖 3 利用FET/單柵極驅(qū)動器驅(qū)動電源開關

由于UCC27531是一種軌到軌驅(qū)動器,因此相對于發(fā)射極,OUTH上拉電源開關柵極至其18V VDD。相對于發(fā)射極,OUTL下拉柵極至驅(qū)動器的–13 V GND。驅(qū)動器有效地從+18到-13V,或者從相對于其自有GND的VDD到31V。另外,35V額定電壓提供了一定的余量,可防止噪聲和振鈴產(chǎn)生的IC過電壓故障。

OUTH和OUTL的分離輸出,允許用戶單獨控制導通(灌)電流和關斷(拉)電流。它幫助最大化效率,并保持開關時間控制,從而滿足噪聲和電磁干擾要求。另外,即使是分離輸出,單柵極驅(qū)動器也在輸出級保持最小電感,防止出現(xiàn)過多振鈴和過沖。利用一種非對稱驅(qū)動(2.5A導通,5A關斷),UCC27531經(jīng)過了優(yōu)化,適用于高功率可再生能源應用的平均開關時序。再者,利用低下拉阻抗,這種驅(qū)動器通過確保柵極不遭受電壓尖峰來增加可靠性。由于的集電極和柵極之間以及FET的漏極和柵極之間的寄生米勒效應電容,這些電壓尖峰可能會導致出現(xiàn)錯誤導通。開關導通期間集電極/漏極電壓迅速上升,這時在柵極上拉升電壓,這種內(nèi)部電容便以此來引導柵極超出導通閾值電壓。

UCC27531的輸入級也為可再生能源等高可靠性系統(tǒng)而設計。它擁有一個所謂的TTL/CMOS輸入,其與電源電壓無關,從而實現(xiàn)了與標準TTL級信號的兼容。相比典型TTL中的常見0.5V磁滯,它擁有約1V的高磁滯。如果輸入信號因故丟失變得不穩(wěn)定,則拉低輸出。另外,驅(qū)動器IC的GND電壓較大變化時,如果在開關沿期間GND跳動較高,則輸入信號可能表現(xiàn)為負。由于能夠連續(xù)對這些事件期間輸入(IN)或激活(EN)端上-5V電壓進行處理,因此驅(qū)動器成功地解決了這個問題。

UCC27531使用3 x 3mm的工業(yè)標準SOT-23封裝,相比使用離散式電平位移器、沒有負輸入能力或者缺少保護的離散式雙晶體管解決方案,它擁有非常大的競爭力。除節(jié)省大量空間以外,把UCC27531的各種功能集成到一塊單IC封裝中還提高了系統(tǒng)的整體可靠性。

這種單通道驅(qū)動器是一種引人注目的解決方案,因為它可以非常靠近電源開關柵極放置。相比在一塊單IC中組合高側(cè)/低側(cè)柵極驅(qū)動器,它的靈活度更高。這種靈活性可幫助最小化驅(qū)動器和電源開關之間的電感,并讓設計人員能夠更好地控制開關柵極。圖2說明了許多高功率開關如何集成到一個DC到AC級單相中。對于一個完整的多轉(zhuǎn)換(DC和AC之間往復轉(zhuǎn)換)三相系統(tǒng)而言,甚至一些應用中還需要DC到DC轉(zhuǎn)換增壓級,需要許多的柵極驅(qū)動器。每一個驅(qū)動器的放置都必須在PCB上安排好,以確保獲得正確的設計。

結(jié)論

在可再生能源應用中,太陽能電池板陣列和風力發(fā)電機的功率轉(zhuǎn)換給廣大系統(tǒng)設計人員帶來巨大的挑戰(zhàn)。這些挑戰(zhàn)包括高壓和高功率電平、滿足安全與可靠性要求以及完整連接系統(tǒng)的總體復雜程度。表面看起來,盡管電源開關的柵極驅(qū)動器只是總系統(tǒng)控制和電力生產(chǎn)流程中一個小小的部件,但它們對整體設計性能卻十分的重要。

參考文獻

1 《可再生能源系統(tǒng)的電源電子組件和可靠性》,作者:F. Blaabjerg等人,2012年5月28日-31日中國杭州第21屆IEEE國際工業(yè)電子研討會發(fā)言稿。

2 《可再生能源系統(tǒng)中電源組件的作用》,作者Veda Prakash Galigekere和Marian K. Kazimierczuk,在線版《白皮書》,訪問網(wǎng)址:www.magnelab.com。

3 《碳化硅的應用考慮》,作者Bob Calanan,2011年1月,在線版《電源應用說明》,訪問網(wǎng)址:www.cree.com/power/document-library

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關鍵詞: IGBT MOSFET

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