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集成式GaN FET驱动电路

发布时间:2020/9/12 15:32:09 访问次数:3142

三电平驱动技术,驱动电路。只有当在死区时间,CON为高信号时,下管Vgs变为Vx(Vx与两电平驱动相比,该驱动使GaN FET反向导通压降得到有效降低,从而提高了变换器的效率。

UCC27611是单通道高速栅极驱动器,驱动电压VREF被内部线性稳压器精确稳压至5 V。其具有最低寄生电感的封装和引脚分配,减少了上升和下降时间并限制了振铃。采用的集成驱动电路,此电路的回路面积只有原来的1/30,有效减少了寄生电感,从而减少了对驱动电压的干扰。

UCC17611设计的集成驱动,其设计的电路在驱动桥壁上管时驱动信号先经通用CMOS锁相环集成电路CD4046,再经光耦数字隔离器Si8610BC后才由UCC27611驱动,而下管驱动信号则不隔离直接经过UCC27611驱动。这种方式可以避免桥壁直通,上管的驱动信号经过光耦等元件后,必定与下管驱动信号不同步,有延时。

在5 kW电机驱动中,由于传统隔离栅极驱动器在高温下光耦的使用寿命短,高温的带隔离的微波驱动半桥栅极驱动器。此驱动采用PGA26C09DV,使得GaN逆变器工作在1 MHz时,开关损耗恒为0.9 W,效率达到了94%,且在140°的环境温度中也能提供足够的栅极功率。

对采用型号为TPH3206LD的GaN FET和型号为IPL60R185P7的Si MOSFET的三相逆变器的性能比较后发现,开关频率在10 kHz~100 kHz变化时,GaN逆变器的开关损耗占总损耗的12%~55%、效率在97.8%~96.4%之间;而Si的损耗为36%~77%,10 kHz时效率只有96.9%。GaN逆变器应用到电机驱动中,其性能要优于Si的,也更有潜力。

LED寿命长、效率高、节能等优势使其越来越受欢迎,但LED是直流供电,变换器成为其必不可少的一部分。由于变换器极贴近LED灯,这要求变换器小型化、能在高温下运行。而小型化需要开关频率在兆赫兹范围,因此GaN等新型宽禁带半导体在LED驱动中有潜在的市场。

一种小而简单的模拟磁滞控制谷底开关(准谐振)浮动Buck变换器,该变换器使用了GaN FET器件。600 V GaN FET在MHz频率等级的优越开关性能使得变换器尺寸有效减小,从而进一步提高了功率密度,并使20 W的LED在2.5~4.4 MHz时效率达到91.2%。GaN FET在LED驱动应用的前景非常可观。

光伏电池板与电网存在电气连接,逆变器的高频行为所导致的共模电压通过光伏板与大地之间的寄生电容,形成共模电流,而共模电流会引起并网电流的畸变,产生电磁干扰,严重时会对人的安全产生威胁。需要抑制或消除非隔离型光伏并网系统中的共模电流,基于型号TPH3006PS的GaN双buck并网逆变器有效解决了这个问题。经实验证明,其效率达到98.63%。

负载点技术(Point of Load,POL)在信息通信技术ICT设备中的应用,开关频率达到30 MHz时,减少寄生阻抗成为GaN基同步DC/DC变换器的最大挑战。Akagi等人通过设计栅极驱动IC并在上面加入3D堆叠电源SoC(Stacked-on-Chip),使变换器在30 MHz下最大效率达到了59%,优化后最高效率预计为85%。型号为EPC8002的GaN FET在高频上颇有优势。


(素材:chinaaet.如涉版权请联系删除)


三电平驱动技术,驱动电路。只有当在死区时间,CON为高信号时,下管Vgs变为Vx(Vx与两电平驱动相比,该驱动使GaN FET反向导通压降得到有效降低,从而提高了变换器的效率。

UCC27611是单通道高速栅极驱动器,驱动电压VREF被内部线性稳压器精确稳压至5 V。其具有最低寄生电感的封装和引脚分配,减少了上升和下降时间并限制了振铃。采用的集成驱动电路,此电路的回路面积只有原来的1/30,有效减少了寄生电感,从而减少了对驱动电压的干扰。

UCC17611设计的集成驱动,其设计的电路在驱动桥壁上管时驱动信号先经通用CMOS锁相环集成电路CD4046,再经光耦数字隔离器Si8610BC后才由UCC27611驱动,而下管驱动信号则不隔离直接经过UCC27611驱动。这种方式可以避免桥壁直通,上管的驱动信号经过光耦等元件后,必定与下管驱动信号不同步,有延时。

在5 kW电机驱动中,由于传统隔离栅极驱动器在高温下光耦的使用寿命短,高温的带隔离的微波驱动半桥栅极驱动器。此驱动采用PGA26C09DV,使得GaN逆变器工作在1 MHz时,开关损耗恒为0.9 W,效率达到了94%,且在140°的环境温度中也能提供足够的栅极功率。

对采用型号为TPH3206LD的GaN FET和型号为IPL60R185P7的Si MOSFET的三相逆变器的性能比较后发现,开关频率在10 kHz~100 kHz变化时,GaN逆变器的开关损耗占总损耗的12%~55%、效率在97.8%~96.4%之间;而Si的损耗为36%~77%,10 kHz时效率只有96.9%。GaN逆变器应用到电机驱动中,其性能要优于Si的,也更有潜力。

LED寿命长、效率高、节能等优势使其越来越受欢迎,但LED是直流供电,变换器成为其必不可少的一部分。由于变换器极贴近LED灯,这要求变换器小型化、能在高温下运行。而小型化需要开关频率在兆赫兹范围,因此GaN等新型宽禁带半导体在LED驱动中有潜在的市场。

一种小而简单的模拟磁滞控制谷底开关(准谐振)浮动Buck变换器,该变换器使用了GaN FET器件。600 V GaN FET在MHz频率等级的优越开关性能使得变换器尺寸有效减小,从而进一步提高了功率密度,并使20 W的LED在2.5~4.4 MHz时效率达到91.2%。GaN FET在LED驱动应用的前景非常可观。

光伏电池板与电网存在电气连接,逆变器的高频行为所导致的共模电压通过光伏板与大地之间的寄生电容,形成共模电流,而共模电流会引起并网电流的畸变,产生电磁干扰,严重时会对人的安全产生威胁。需要抑制或消除非隔离型光伏并网系统中的共模电流,基于型号TPH3006PS的GaN双buck并网逆变器有效解决了这个问题。经实验证明,其效率达到98.63%。

负载点技术(Point of Load,POL)在信息通信技术ICT设备中的应用,开关频率达到30 MHz时,减少寄生阻抗成为GaN基同步DC/DC变换器的最大挑战。Akagi等人通过设计栅极驱动IC并在上面加入3D堆叠电源SoC(Stacked-on-Chip),使变换器在30 MHz下最大效率达到了59%,优化后最高效率预计为85%。型号为EPC8002的GaN FET在高频上颇有优势。


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