減小尺寸和功耗的隔離式 FET 脈沖驅(qū)動器
出處:賴城基 發(fā)布于:2007-06-02 16:45:17
三相控制整流器和變換器、矩陣循環(huán)換流器以及級聯(lián)功率級一般都含有大量功率晶體管,每支晶體管都有自己的驅(qū)動電路。圖1中的電路用1kHz ~ 200kHz頻率的全占空比脈沖驅(qū)動一個容性輸入功率器件,如MOSFET或IGBT(絕緣柵雙極晶體管)。一只變壓器起隔直作用,電路在15V初級電源電壓下只消耗少量功率。采用具有輸入電容高達(dá)5 nF的幾只MOSFET和IGBT,測試滿意,該驅(qū)動器通過調(diào)整驅(qū)動器晶體管、耦合變壓器以及一些無源元件,可以適應(yīng)更大電流的功率晶體管。晶體管Q1和Q2通過耦合變壓器T1向晶體管Q3和Q4傳送約1ms持續(xù)時間的脈沖,分別為功率晶體管Q5的柵源輸入電容充、放電。Q1產(chǎn)生的充電脈沖開始于驅(qū)動控制信號的上升沿,而Q2產(chǎn)生的放電脈沖則開始于控制信號的下降沿。微分電路包括C1、R1、電位器P1的一部分、C2、R2以及P1的其余部分,它設(shè)定了充、放電脈沖的持續(xù)時間。必要時,調(diào)整P1的設(shè)置可以改變 Q5柵極上正、負(fù)充放電電壓的平衡。

晶體管Q3和Q4分別為Q5的輸入電容傳輸充、放電脈沖,然后關(guān)斷,在Q5輸入電容兩端產(chǎn)生一個高阻抗,使Q5柵極電壓不能發(fā)生變化,除了由于微小的泄漏
|
|
當(dāng)晶體管Q1 ~ Q4關(guān)斷時,電阻器與二極管R3、D3、R4和D4構(gòu)成變壓器T1的消磁電流路徑。盡管它們在多數(shù)時間是反向偏置的,二極管D5和D6構(gòu)成了一個峰值振幅鑒別器,成為一個邏輯OR電路,以保證Q3和Q4的柵極電壓總是等于或大于Q5柵源電容正端上的電壓。
電阻器R5和R6限制了為Q5柵源電容的充、放電速率,并可以根據(jù)Q5的驅(qū)動特性而變化。變壓器T1采用飛利浦3E5鐵氧體材料的RM5/I芯,有一個中央抽頭, 20匝初級繞組和12匝次級繞組,兩者均使用0.2 mm直徑、0.008英寸的AWG #32漆包線。
當(dāng)晶體管Q1導(dǎo)通時,在T1的次級繞組中產(chǎn)生一個正電壓,使P溝道MOSFET Q3接通,并驅(qū)動Q4的內(nèi)部二極管進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài),開始為Q5的柵源電容充電。Q3的導(dǎo)通電阻決定了充電速率。充電結(jié)束有兩種情況:脈沖結(jié)束;或當(dāng)Q5的柵源電壓近似于T1的次級電壓減去Q3的柵極閾值電壓。
然后,Q3關(guān)斷,允許充電電流衰減為零,電容達(dá)到其正向充電狀態(tài)。當(dāng)Q1關(guān)斷時,變壓器T1的磁化電流通過R3和D3復(fù)位。T1次級繞組的電壓略偏負(fù),以補(bǔ)償磁芯的伏秒特性,此特性會在無電流時正向偏置Q3的體二極管,而Q4的體二極管會阻止Q5的柵源電壓放電。
在Q4柵極上施加的負(fù)電壓不會使Q4導(dǎo)通,因?yàn)槎O管D5的正向壓降使Q4的柵極電壓高于Q5的柵極電壓。因此,Q5的輸入電容保持在充電狀態(tài),而復(fù)位路徑對此電容保持高阻狀態(tài)。當(dāng)Q2導(dǎo)通時,出現(xiàn)在T1初級的負(fù)電壓使Q4導(dǎo)通,開始放電過程。當(dāng)Q4的柵源電壓等于其閾值電平,或當(dāng)脈沖結(jié)束時,充電過程終止。然后,Q4關(guān)斷,而Q5的柵源電容達(dá)到負(fù)電壓。當(dāng)Q2關(guān)斷時,T1的磁化電流通過D4和R4復(fù)位,Q4的體二極管導(dǎo)通,Q3的體二極管阻止Q5的柵源電壓。二極管D6在Q3和Q4的柵極施加一個高電壓,以保證T1次級的復(fù)位電壓不會使Q3進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)。于是,所有晶體管都關(guān)斷,而Q5的柵源電容保持在放電狀態(tài)。當(dāng)Q1再次導(dǎo)通時,重復(fù)這個過程。

圖2是與一只1歐元硬幣和一支功率晶體管相比較的驅(qū)動器原型電路。晶體管是Advanced Power Technology的APT40GF120JRD,包括一個IGBT和一個FRED(快恢復(fù)外延二極管),它工作在1200V和60A,柵源電容為4 nF。晶體管采用JEDEC SOT-227封裝,外形尺寸約為1.5英寸×1英寸 (38mm×25 mm)。圖3和圖4為圖1電路在 20 kHz驅(qū)動IGBT Q5的實(shí)驗(yàn)波形。導(dǎo)通延遲大約為600 ns,0.33W功耗時的總耗電為22 mA。當(dāng)驅(qū)動晶體管的柵源電容較低時,電路的導(dǎo)通延遲和功耗均會減小。


版權(quán)與免責(zé)聲明
凡本網(wǎng)注明“出處:維庫電子市場網(wǎng)”的所有作品,版權(quán)均屬于維庫電子市場網(wǎng),轉(zhuǎn)載請必須注明維庫電子市場網(wǎng),http://m.58mhw.cn,違反者本網(wǎng)將追究相關(guān)法律責(zé)任。
本網(wǎng)轉(zhuǎn)載并注明自其它出處的作品,目的在于傳遞更多信息,并不代表本網(wǎng)贊同其觀點(diǎn)或證實(shí)其內(nèi)容的真實(shí)性,不承擔(dān)此類作品侵權(quán)行為的直接責(zé)任及連帶責(zé)任。其他媒體、網(wǎng)站或個人從本網(wǎng)轉(zhuǎn)載時,必須保留本網(wǎng)注明的作品出處,并自負(fù)版權(quán)等法律責(zé)任。
如涉及作品內(nèi)容、版權(quán)等問題,請在作品發(fā)表之日起一周內(nèi)與本網(wǎng)聯(lián)系,否則視為放棄相關(guān)權(quán)利。
- 什么是氫氧燃料電池,氫氧燃料電池的知識介紹2025/8/29 16:58:56
- SQL核心知識點(diǎn)總結(jié)2025/8/11 16:51:36
- 等電位端子箱是什么_等電位端子箱的作用2025/8/1 11:36:41
- 基于PID控制和重復(fù)控制的復(fù)合控制策略2025/7/29 16:58:24
- 什么是樹莓派?一文快速了解樹莓派基礎(chǔ)知識2025/6/18 16:30:52









