栅极驱动损耗功率开关驱动电路
发布时间:2020/8/6 18:08:28 访问次数:1874
附加损耗与所有运行功率电路所需的功能器件有关,这些器件包括与控制 IC 相关的电路以及反馈电路。相比于电源的其他损耗,这些损耗一般较小,但是可以作些分析看看是否有改进的可能。
启动电路从输入电压获得直流电流,使控制 IC 和驱动电路有足够的能量启动电源。如果这个启动电路不能在电源启动后切断电流,那么电路会有高达 3W 的持续的损耗,损耗大小取决于输入电压。
功率开关驱动电路。如果功率开关用双极型功率晶体管,则基极驱动电流必须大于晶体管集电极 e 峰值电流除以增益(hFE)。功率晶体管的典型增益在 5-15 之间,这意味着如果是 10A 的峰值电流,就要求 0.66~2A 的基极电流。基射极之间有 0.7V 压降,如果基极电流不是从非常接近 0.7V 的电压取得,则会产生很大的损耗。
功率 MOSFET 驱动效率比双极型功率晶体管高。MOSFET 栅极有两个与漏源极相连的等效电容,即栅源电容 Ciss 和漏源电容 Crss。MOSFET 栅极驱动的损耗来自于开通 MOSFET 时辅助电压对栅极电容的充电,关断 MOSFET 时又对地放电。
对这个损耗,除了选择 Ciss 和 Crss 值较低的 MOSFET,从而有可能略微降低最大栅极驱动电压以外,没有太多的办法。

与变压器和电感有关的损耗主要有三种:磁滞损耗、涡流损耗和电阻损耗。在设计和构造变压器和电感时可以控制这些损耗。
磁滞损耗与绕组的匝数和驱动方式有关。它决定了每个工作周期在 B-H 曲线内扫过的面积。扫过的面积就是磁场力所作的功,磁场力使磁心内的磁畴重新排列,扫过的面积越大,磁滞损耗就越大。
工业伺服控制、压缩机、变频器等工业应用中普遍使用IGBT作为功率半导体器件,工业驱动控制中,功率因子矫正、刹车和马达驱动对IGBT开关频率、饱和压降和短路耐受电流等参数要求不同,安森美半导体650V FS4 Trench 和1200V FS Trench III IGBT优化参数适应不同需求,同时,安森美半导体将TO-3PF、ISO-TO247、PIM、TM PIM等封装技术用于新一代的分离IGBT、智能功率模块(IPM)和功率集成模块(PIM)产品,在能效、散热性、强固性等多方面都优于竞争对手。DC/DC 转换器为转变输入电压后有效输出固定电压的电压转换器。
DC/DC 转换器分为三类:升压型DC/DC 转换器、降压型DC/DC 转换器以及升降压型DC/DC 转换器。
根据客户需求可采用三类控制。PWM 控制型效率高并具有良好的输出电压纹波和噪声。PFM 控制型即使长时间使用,尤其小负载时具有耗电小的优点。
PWM/PFM 转换型小负载时实行PFM 控制,且在重负载时自动转换到PWM 控制。

耦合电感和变压器绕组之间的耦合被认为是理想的。SEPIC、Cuk和Zeta变换器的方程式适用于非耦合电感:当计算这些拓扑的耦合电感时,使用元件电感值的两倍。这也意味着,对于相同的纹波要求,一个耦合电感与一个电感解决方案的一半电感是足够的。对Cuk、SEPIC和Zeta使用耦合电感的另一个好处是,电感和耦合电容之间的谐振频率对电源的频率响应没有影响,但对单个电感有影响。
整流二极管和自由旋转二极管(D1和D2,以及温伯格二极管D3)的正向压降。假设正向电压降与之相同。所有方程都忽略了退磁二极管(D3和D4)的正向压降。
组件的电压和电流波形显示在电流流过组件的方向上。变压器和耦合电感的二次侧除外,因为它们被认为是电流源。这会导致电流和电压反向的迹象。对于反向Buck Boost和Cuk输出电压和电流必须为负值才能进行计算。同步降压调节器中同步整流器的电压和电流波形的方向与非同步降压调节器中的二极管的方向相反,因为在这种特殊情况下,电压是从漏极到源极测量的。
常见的基本拓扑结构
Buck降压
Boost升压
Buck-Boost降压-升压
flyback反激
Forward正激
Two-Transistor Forward双晶体管正激
Push-Pull推挽
Half Bridge半桥
Full Bridge全桥
SEPIC
基本的脉冲宽度调制波形拓扑结构都与开关式电路。
附加损耗与所有运行功率电路所需的功能器件有关,这些器件包括与控制 IC 相关的电路以及反馈电路。相比于电源的其他损耗,这些损耗一般较小,但是可以作些分析看看是否有改进的可能。
启动电路从输入电压获得直流电流,使控制 IC 和驱动电路有足够的能量启动电源。如果这个启动电路不能在电源启动后切断电流,那么电路会有高达 3W 的持续的损耗,损耗大小取决于输入电压。
功率开关驱动电路。如果功率开关用双极型功率晶体管,则基极驱动电流必须大于晶体管集电极 e 峰值电流除以增益(hFE)。功率晶体管的典型增益在 5-15 之间,这意味着如果是 10A 的峰值电流,就要求 0.66~2A 的基极电流。基射极之间有 0.7V 压降,如果基极电流不是从非常接近 0.7V 的电压取得,则会产生很大的损耗。
功率 MOSFET 驱动效率比双极型功率晶体管高。MOSFET 栅极有两个与漏源极相连的等效电容,即栅源电容 Ciss 和漏源电容 Crss。MOSFET 栅极驱动的损耗来自于开通 MOSFET 时辅助电压对栅极电容的充电,关断 MOSFET 时又对地放电。
对这个损耗,除了选择 Ciss 和 Crss 值较低的 MOSFET,从而有可能略微降低最大栅极驱动电压以外,没有太多的办法。

与变压器和电感有关的损耗主要有三种:磁滞损耗、涡流损耗和电阻损耗。在设计和构造变压器和电感时可以控制这些损耗。
磁滞损耗与绕组的匝数和驱动方式有关。它决定了每个工作周期在 B-H 曲线内扫过的面积。扫过的面积就是磁场力所作的功,磁场力使磁心内的磁畴重新排列,扫过的面积越大,磁滞损耗就越大。
工业伺服控制、压缩机、变频器等工业应用中普遍使用IGBT作为功率半导体器件,工业驱动控制中,功率因子矫正、刹车和马达驱动对IGBT开关频率、饱和压降和短路耐受电流等参数要求不同,安森美半导体650V FS4 Trench 和1200V FS Trench III IGBT优化参数适应不同需求,同时,安森美半导体将TO-3PF、ISO-TO247、PIM、TM PIM等封装技术用于新一代的分离IGBT、智能功率模块(IPM)和功率集成模块(PIM)产品,在能效、散热性、强固性等多方面都优于竞争对手。DC/DC 转换器为转变输入电压后有效输出固定电压的电压转换器。
DC/DC 转换器分为三类:升压型DC/DC 转换器、降压型DC/DC 转换器以及升降压型DC/DC 转换器。
根据客户需求可采用三类控制。PWM 控制型效率高并具有良好的输出电压纹波和噪声。PFM 控制型即使长时间使用,尤其小负载时具有耗电小的优点。
PWM/PFM 转换型小负载时实行PFM 控制,且在重负载时自动转换到PWM 控制。

耦合电感和变压器绕组之间的耦合被认为是理想的。SEPIC、Cuk和Zeta变换器的方程式适用于非耦合电感:当计算这些拓扑的耦合电感时,使用元件电感值的两倍。这也意味着,对于相同的纹波要求,一个耦合电感与一个电感解决方案的一半电感是足够的。对Cuk、SEPIC和Zeta使用耦合电感的另一个好处是,电感和耦合电容之间的谐振频率对电源的频率响应没有影响,但对单个电感有影响。
整流二极管和自由旋转二极管(D1和D2,以及温伯格二极管D3)的正向压降。假设正向电压降与之相同。所有方程都忽略了退磁二极管(D3和D4)的正向压降。
组件的电压和电流波形显示在电流流过组件的方向上。变压器和耦合电感的二次侧除外,因为它们被认为是电流源。这会导致电流和电压反向的迹象。对于反向Buck Boost和Cuk输出电压和电流必须为负值才能进行计算。同步降压调节器中同步整流器的电压和电流波形的方向与非同步降压调节器中的二极管的方向相反,因为在这种特殊情况下,电压是从漏极到源极测量的。
常见的基本拓扑结构
Buck降压
Boost升压
Buck-Boost降压-升压
flyback反激
Forward正激
Two-Transistor Forward双晶体管正激
Push-Pull推挽
Half Bridge半桥
Full Bridge全桥
SEPIC
基本的脉冲宽度调制波形拓扑结构都与开关式电路。
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