柵極驅(qū)動(dòng)損耗功率開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)電路
發(fā)布時(shí)間:2020/8/6 18:08:28 訪問(wèn)次數(shù):1886
附加損耗與所有運(yùn)行功率電路所需的功能器件有關(guān),這些器件包括與控制 IC 相關(guān)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(jìn)的可能。
啟動(dòng)電路從輸入電壓獲得直流電流,使控制 IC 和驅(qū)動(dòng)電路有足夠的能量啟動(dòng)電源。如果這個(gè)啟動(dòng)電路不能在電源啟動(dòng)后切斷電流,那么電路會(huì)有高達(dá) 3W 的持續(xù)的損耗,損耗大小取決于輸入電壓。
功率開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)電路。如果功率開(kāi)關(guān)用雙極型功率晶體管,則基極驅(qū)動(dòng)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;錁O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(huì)產(chǎn)生很大的損耗。
功率 MOSFET 驅(qū)動(dòng)效率比雙極型功率晶體管高。MOSFET 柵極有兩個(gè)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(qū)動(dòng)的損耗來(lái)自于開(kāi)通 MOSFET 時(shí)輔助電壓對(duì)柵極電容的充電,關(guān)斷 MOSFET 時(shí)又對(duì)地放電。
對(duì)這個(gè)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(qū)動(dòng)電壓以外,沒(méi)有太多的辦法。

與變壓器和電感有關(guān)的損耗主要有三種:磁滯損耗、渦流損耗和電阻損耗。在設(shè)計(jì)和構(gòu)造變壓器和電感時(shí)可以控制這些損耗。
磁滯損耗與繞組的匝數(shù)和驅(qū)動(dòng)方式有關(guān)。它決定了每個(gè)工作周期在 B-H 曲線內(nèi)掃過(guò)的面積。掃過(guò)的面積就是磁場(chǎng)力所作的功,磁場(chǎng)力使磁心內(nèi)的磁疇重新排列,掃過(guò)的面積越大,磁滯損耗就越大。
工業(yè)伺服控制、壓縮機(jī)、變頻器等工業(yè)應(yīng)用中普遍使用IGBT作為功率半導(dǎo)體器件,工業(yè)驅(qū)動(dòng)控制中,功率因子矯正、剎車和馬達(dá)驅(qū)動(dòng)對(duì)IGBT開(kāi)關(guān)頻率、飽和壓降和短路耐受電流等參數(shù)要求不同,安森美半導(dǎo)體650V FS4 Trench 和1200V FS Trench III IGBT優(yōu)化參數(shù)適應(yīng)不同需求,同時(shí),安森美半導(dǎo)體將TO-3PF、ISO-TO247、PIM、TM PIM等封裝技術(shù)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(chǎn)品,在能效、散熱性、強(qiáng)固性等多方面都優(yōu)于競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。DC/DC 轉(zhuǎn)換器為轉(zhuǎn)變輸入電壓后有效輸出固定電壓的電壓轉(zhuǎn)換器。
DC/DC 轉(zhuǎn)換器分為三類:升壓型DC/DC 轉(zhuǎn)換器、降壓型DC/DC 轉(zhuǎn)換器以及升降壓型DC/DC 轉(zhuǎn)換器。
根據(jù)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(zhǎng)時(shí)間使用,尤其小負(fù)載時(shí)具有耗電小的優(yōu)點(diǎn)。
PWM/PFM 轉(zhuǎn)換型小負(fù)載時(shí)實(shí)行PFM 控制,且在重負(fù)載時(shí)自動(dòng)轉(zhuǎn)換到PWM 控制。

耦合電感和變壓器繞組之間的耦合被認(rèn)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(dāng)計(jì)算這些拓?fù)涞鸟詈想姼袝r(shí),使用元件電感值的兩倍。這也意味著,對(duì)于相同的紋波要求,一個(gè)耦合電感與一個(gè)電感解決方案的一半電感是足夠的。對(duì)Cuk、SEPIC和Zeta使用耦合電感的另一個(gè)好處是,電感和耦合電容之間的諧振頻率對(duì)電源的頻率響應(yīng)沒(méi)有影響,但對(duì)單個(gè)電感有影響。
整流二極管和自由旋轉(zhuǎn)二極管(D1和D2,以及溫伯格二極管D3)的正向壓降。假設(shè)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(guò)組件的方向上。變壓器和耦合電感的二次側(cè)除外,因?yàn)樗鼈儽徽J(rèn)為是電流源。這會(huì)導(dǎo)致電流和電壓反向的跡象。對(duì)于反向Buck Boost和Cuk輸出電壓和電流必須為負(fù)值才能進(jìn)行計(jì)算。同步降壓調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)器中的二極管的方向相反,因?yàn)樵谶@種特殊情況下,電壓是從漏極到源極測(cè)量的。
常見(jiàn)的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
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(diào)制波形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)都與開(kāi)關(guān)式電路。
附加損耗與所有運(yùn)行功率電路所需的功能器件有關(guān),這些器件包括與控制 IC 相關(guān)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(jìn)的可能。
啟動(dòng)電路從輸入電壓獲得直流電流,使控制 IC 和驅(qū)動(dòng)電路有足夠的能量啟動(dòng)電源。如果這個(gè)啟動(dòng)電路不能在電源啟動(dòng)后切斷電流,那么電路會(huì)有高達(dá) 3W 的持續(xù)的損耗,損耗大小取決于輸入電壓。
功率開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)電路。如果功率開(kāi)關(guān)用雙極型功率晶體管,則基極驅(qū)動(dòng)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;錁O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(huì)產(chǎn)生很大的損耗。
功率 MOSFET 驅(qū)動(dòng)效率比雙極型功率晶體管高。MOSFET 柵極有兩個(gè)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(qū)動(dòng)的損耗來(lái)自于開(kāi)通 MOSFET 時(shí)輔助電壓對(duì)柵極電容的充電,關(guān)斷 MOSFET 時(shí)又對(duì)地放電。
對(duì)這個(gè)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(qū)動(dòng)電壓以外,沒(méi)有太多的辦法。

與變壓器和電感有關(guān)的損耗主要有三種:磁滯損耗、渦流損耗和電阻損耗。在設(shè)計(jì)和構(gòu)造變壓器和電感時(shí)可以控制這些損耗。
磁滯損耗與繞組的匝數(shù)和驅(qū)動(dòng)方式有關(guān)。它決定了每個(gè)工作周期在 B-H 曲線內(nèi)掃過(guò)的面積。掃過(guò)的面積就是磁場(chǎng)力所作的功,磁場(chǎng)力使磁心內(nèi)的磁疇重新排列,掃過(guò)的面積越大,磁滯損耗就越大。
工業(yè)伺服控制、壓縮機(jī)、變頻器等工業(yè)應(yīng)用中普遍使用IGBT作為功率半導(dǎo)體器件,工業(yè)驅(qū)動(dòng)控制中,功率因子矯正、剎車和馬達(dá)驅(qū)動(dòng)對(duì)IGBT開(kāi)關(guān)頻率、飽和壓降和短路耐受電流等參數(shù)要求不同,安森美半導(dǎo)體650V FS4 Trench 和1200V FS Trench III IGBT優(yōu)化參數(shù)適應(yīng)不同需求,同時(shí),安森美半導(dǎo)體將TO-3PF、ISO-TO247、PIM、TM PIM等封裝技術(shù)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(chǎn)品,在能效、散熱性、強(qiáng)固性等多方面都優(yōu)于競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。DC/DC 轉(zhuǎn)換器為轉(zhuǎn)變輸入電壓后有效輸出固定電壓的電壓轉(zhuǎn)換器。
DC/DC 轉(zhuǎn)換器分為三類:升壓型DC/DC 轉(zhuǎn)換器、降壓型DC/DC 轉(zhuǎn)換器以及升降壓型DC/DC 轉(zhuǎn)換器。
根據(jù)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(zhǎng)時(shí)間使用,尤其小負(fù)載時(shí)具有耗電小的優(yōu)點(diǎn)。
PWM/PFM 轉(zhuǎn)換型小負(fù)載時(shí)實(shí)行PFM 控制,且在重負(fù)載時(shí)自動(dòng)轉(zhuǎn)換到PWM 控制。

耦合電感和變壓器繞組之間的耦合被認(rèn)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(dāng)計(jì)算這些拓?fù)涞鸟詈想姼袝r(shí),使用元件電感值的兩倍。這也意味著,對(duì)于相同的紋波要求,一個(gè)耦合電感與一個(gè)電感解決方案的一半電感是足夠的。對(duì)Cuk、SEPIC和Zeta使用耦合電感的另一個(gè)好處是,電感和耦合電容之間的諧振頻率對(duì)電源的頻率響應(yīng)沒(méi)有影響,但對(duì)單個(gè)電感有影響。
整流二極管和自由旋轉(zhuǎn)二極管(D1和D2,以及溫伯格二極管D3)的正向壓降。假設(shè)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(guò)組件的方向上。變壓器和耦合電感的二次側(cè)除外,因?yàn)樗鼈儽徽J(rèn)為是電流源。這會(huì)導(dǎo)致電流和電壓反向的跡象。對(duì)于反向Buck Boost和Cuk輸出電壓和電流必須為負(fù)值才能進(jìn)行計(jì)算。同步降壓調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)器中的二極管的方向相反,因?yàn)樵谶@種特殊情況下,電壓是從漏極到源極測(cè)量的。
常見(jiàn)的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
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(diào)制波形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)都與開(kāi)關(guān)式電路。
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