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集成式GaN FET驅(qū)動(dòng)電路

發(fā)布時(shí)間:2020/9/12 15:32:09 訪問次數(shù):3155

三電平驅(qū)動(dòng)技術(shù),驅(qū)動(dòng)電路。只有當(dāng)在死區(qū)時(shí)間,CON為高信號(hào)時(shí),下管Vgs變?yōu)閂x(Vx與兩電平驅(qū)動(dòng)相比,該驅(qū)動(dòng)使GaN FET反向?qū)▔航档玫接行Ы档,從而提高了變換器的效率。

UCC27611是單通道高速柵極驅(qū)動(dòng)器,驅(qū)動(dòng)電壓VREF被內(nèi)部線性穩(wěn)壓器精確穩(wěn)壓至5 V。其具有最低寄生電感的封裝和引腳分配,減少了上升和下降時(shí)間并限制了振鈴。采用的集成驅(qū)動(dòng)電路,此電路的回路面積只有原來的1/30,有效減少了寄生電感,從而減少了對(duì)驅(qū)動(dòng)電壓的干擾。

UCC17611設(shè)計(jì)的集成驅(qū)動(dòng),其設(shè)計(jì)的電路在驅(qū)動(dòng)橋壁上管時(shí)驅(qū)動(dòng)信號(hào)先經(jīng)通用CMOS鎖相環(huán)集成電路CD4046,再經(jīng)光耦數(shù)字隔離器Si8610BC后才由UCC27611驅(qū)動(dòng),而下管驅(qū)動(dòng)信號(hào)則不隔離直接經(jīng)過UCC27611驅(qū)動(dòng)。這種方式可以避免橋壁直通,上管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)過光耦等元件后,必定與下管驅(qū)動(dòng)信號(hào)不同步,有延時(shí)。

在5 kW電機(jī)驅(qū)動(dòng)中,由于傳統(tǒng)隔離柵極驅(qū)動(dòng)器在高溫下光耦的使用壽命短,高溫的帶隔離的微波驅(qū)動(dòng)半橋柵極驅(qū)動(dòng)器。此驅(qū)動(dòng)采用PGA26C09DV,使得GaN逆變器工作在1 MHz時(shí),開關(guān)損耗恒為0.9 W,效率達(dá)到了94%,且在140°的環(huán)境溫度中也能提供足夠的柵極功率。

對(duì)采用型號(hào)為TPH3206LD的GaN FET和型號(hào)為IPL60R185P7的Si MOSFET的三相逆變器的性能比較后發(fā)現(xiàn),開關(guān)頻率在10 kHz~100 kHz變化時(shí),GaN逆變器的開關(guān)損耗占總損耗的12%~55%、效率在97.8%~96.4%之間;而Si的損耗為36%~77%,10 kHz時(shí)效率只有96.9%。GaN逆變器應(yīng)用到電機(jī)驅(qū)動(dòng)中,其性能要優(yōu)于Si的,也更有潛力。

LED壽命長(zhǎng)、效率高、節(jié)能等優(yōu)勢(shì)使其越來越受歡迎,但LED是直流供電,變換器成為其必不可少的一部分。由于變換器極貼近LED燈,這要求變換器小型化、能在高溫下運(yùn)行。而小型化需要開關(guān)頻率在兆赫茲范圍,因此GaN等新型寬禁帶半導(dǎo)體在LED驅(qū)動(dòng)中有潛在的市場(chǎng)。

一種小而簡(jiǎn)單的模擬磁滯控制谷底開關(guān)(準(zhǔn)諧振)浮動(dòng)Buck變換器,該變換器使用了GaN FET器件。600 V GaN FET在MHz頻率等級(jí)的優(yōu)越開關(guān)性能使得變換器尺寸有效減小,從而進(jìn)一步提高了功率密度,并使20 W的LED在2.5~4.4 MHz時(shí)效率達(dá)到91.2%。GaN FET在LED驅(qū)動(dòng)應(yīng)用的前景非?捎^。

光伏電池板與電網(wǎng)存在電氣連接,逆變器的高頻行為所導(dǎo)致的共模電壓通過光伏板與大地之間的寄生電容,形成共模電流,而共模電流會(huì)引起并網(wǎng)電流的畸變,產(chǎn)生電磁干擾,嚴(yán)重時(shí)會(huì)對(duì)人的安全產(chǎn)生威脅。需要抑制或消除非隔離型光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中的共模電流,基于型號(hào)TPH3006PS的GaN雙buck并網(wǎng)逆變器有效解決了這個(gè)問題。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明,其效率達(dá)到98.63%。

負(fù)載點(diǎn)技術(shù)(Point of Load,POL)在信息通信技術(shù)ICT設(shè)備中的應(yīng)用,開關(guān)頻率達(dá)到30 MHz時(shí),減少寄生阻抗成為GaN基同步DC/DC變換器的最大挑戰(zhàn)。Akagi等人通過設(shè)計(jì)柵極驅(qū)動(dòng)IC并在上面加入3D堆疊電源SoC(Stacked-on-Chip),使變換器在30 MHz下最大效率達(dá)到了59%,優(yōu)化后最高效率預(yù)計(jì)為85%。型號(hào)為EPC8002的GaN FET在高頻上頗有優(yōu)勢(shì)。


(素材:chinaaet.如涉版權(quán)請(qǐng)聯(lián)系刪除)


三電平驅(qū)動(dòng)技術(shù),驅(qū)動(dòng)電路。只有當(dāng)在死區(qū)時(shí)間,CON為高信號(hào)時(shí),下管Vgs變?yōu)閂x(Vx與兩電平驅(qū)動(dòng)相比,該驅(qū)動(dòng)使GaN FET反向?qū)▔航档玫接行Ы档,從而提高了變換器的效率。

UCC27611是單通道高速柵極驅(qū)動(dòng)器,驅(qū)動(dòng)電壓VREF被內(nèi)部線性穩(wěn)壓器精確穩(wěn)壓至5 V。其具有最低寄生電感的封裝和引腳分配,減少了上升和下降時(shí)間并限制了振鈴。采用的集成驅(qū)動(dòng)電路,此電路的回路面積只有原來的1/30,有效減少了寄生電感,從而減少了對(duì)驅(qū)動(dòng)電壓的干擾。

UCC17611設(shè)計(jì)的集成驅(qū)動(dòng),其設(shè)計(jì)的電路在驅(qū)動(dòng)橋壁上管時(shí)驅(qū)動(dòng)信號(hào)先經(jīng)通用CMOS鎖相環(huán)集成電路CD4046,再經(jīng)光耦數(shù)字隔離器Si8610BC后才由UCC27611驅(qū)動(dòng),而下管驅(qū)動(dòng)信號(hào)則不隔離直接經(jīng)過UCC27611驅(qū)動(dòng)。這種方式可以避免橋壁直通,上管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)過光耦等元件后,必定與下管驅(qū)動(dòng)信號(hào)不同步,有延時(shí)。

在5 kW電機(jī)驅(qū)動(dòng)中,由于傳統(tǒng)隔離柵極驅(qū)動(dòng)器在高溫下光耦的使用壽命短,高溫的帶隔離的微波驅(qū)動(dòng)半橋柵極驅(qū)動(dòng)器。此驅(qū)動(dòng)采用PGA26C09DV,使得GaN逆變器工作在1 MHz時(shí),開關(guān)損耗恒為0.9 W,效率達(dá)到了94%,且在140°的環(huán)境溫度中也能提供足夠的柵極功率。

對(duì)采用型號(hào)為TPH3206LD的GaN FET和型號(hào)為IPL60R185P7的Si MOSFET的三相逆變器的性能比較后發(fā)現(xiàn),開關(guān)頻率在10 kHz~100 kHz變化時(shí),GaN逆變器的開關(guān)損耗占總損耗的12%~55%、效率在97.8%~96.4%之間;而Si的損耗為36%~77%,10 kHz時(shí)效率只有96.9%。GaN逆變器應(yīng)用到電機(jī)驅(qū)動(dòng)中,其性能要優(yōu)于Si的,也更有潛力。

LED壽命長(zhǎng)、效率高、節(jié)能等優(yōu)勢(shì)使其越來越受歡迎,但LED是直流供電,變換器成為其必不可少的一部分。由于變換器極貼近LED燈,這要求變換器小型化、能在高溫下運(yùn)行。而小型化需要開關(guān)頻率在兆赫茲范圍,因此GaN等新型寬禁帶半導(dǎo)體在LED驅(qū)動(dòng)中有潛在的市場(chǎng)。

一種小而簡(jiǎn)單的模擬磁滯控制谷底開關(guān)(準(zhǔn)諧振)浮動(dòng)Buck變換器,該變換器使用了GaN FET器件。600 V GaN FET在MHz頻率等級(jí)的優(yōu)越開關(guān)性能使得變換器尺寸有效減小,從而進(jìn)一步提高了功率密度,并使20 W的LED在2.5~4.4 MHz時(shí)效率達(dá)到91.2%。GaN FET在LED驅(qū)動(dòng)應(yīng)用的前景非?捎^。

光伏電池板與電網(wǎng)存在電氣連接,逆變器的高頻行為所導(dǎo)致的共模電壓通過光伏板與大地之間的寄生電容,形成共模電流,而共模電流會(huì)引起并網(wǎng)電流的畸變,產(chǎn)生電磁干擾,嚴(yán)重時(shí)會(huì)對(duì)人的安全產(chǎn)生威脅。需要抑制或消除非隔離型光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中的共模電流,基于型號(hào)TPH3006PS的GaN雙buck并網(wǎng)逆變器有效解決了這個(gè)問題。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明,其效率達(dá)到98.63%。

負(fù)載點(diǎn)技術(shù)(Point of Load,POL)在信息通信技術(shù)ICT設(shè)備中的應(yīng)用,開關(guān)頻率達(dá)到30 MHz時(shí),減少寄生阻抗成為GaN基同步DC/DC變換器的最大挑戰(zhàn)。Akagi等人通過設(shè)計(jì)柵極驅(qū)動(dòng)IC并在上面加入3D堆疊電源SoC(Stacked-on-Chip),使變換器在30 MHz下最大效率達(dá)到了59%,優(yōu)化后最高效率預(yù)計(jì)為85%。型號(hào)為EPC8002的GaN FET在高頻上頗有優(yōu)勢(shì)。


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