前面我們講述了一系列驅動設計的方法,接下來我們會通過一個實例更加詳細的分析各種驅動拓撲如何去設計驅動。話不多說,開干!
柵極驅動設計過程在設計功率級并選擇功率元件之后開始。 有源鉗位反激式轉換器的簡化最終示意圖如下所示。
相關電氣參數如下:
VDS1,off=VDS2,off=285V Q1 和 Q2 的關斷狀態漏源電壓。 兩個晶體管都在接地 (0V) 和 VIN+VCLAMP 之間切換。
ID1=2.7A Q1 關斷時的峰值漏極電流。
TJ=100°C 器件的工作結溫。
LR=14uH 有源鉗位反激功率級的諧振電感。
UCC3580-4 的指定驅動器輸出阻抗和柵極驅動參數為:
OUT1:
VDRV=15V
DMAX1=0.7
fDRV=250kHz
RHI1=20?
RLO1=10?
OUT2:
VDRV=15V
DMAX2=0.95
fDRV=250kHz
RHI2=33?
RLO2=33?
根據工作結溫并基于前面講述的方法估算的 MOSFET 參數為:
接下來,建立外部諧振電路的 dv/dt 和器件的 dv/dt。 在節點 A,諧振電感 LR 對有效節點電容進行充電和放電。 電感電流在短開關動作期間幾乎沒有變化,因此可以將其視為直流電流源。 節點電容和由此產生的功率級 dv/dt 為:
MOSFET 的導通 dv/dt 和防止 dv/dt 感應導通的 dv/dt,limit(假設 RGATE=0Ω)為:
由于諧振 dv/dt 高于為 Q1 和 Q2 晶體管計算的 dv/dt,limit,因此必須在兩個驅動電路中使用關斷加速電路。 選定的低側和高側柵極驅動電路如下所示:
現在,假設驅動器的輸出阻抗被分流,則必須重新計算 dv/dt,limit的值。 另外,請注意 QOFF 晶體管 pn 結上的 0.7V 壓降。
下一步是計算柵極電阻值。 柵極電阻設置器件的開啟 dv/dt,該值必須低于 dv/dt,limit。 減慢導通 dv/dt 可能有利于降低 EMI 和減少整流二極管中的反向恢復問題。 對于此設計,兩個晶體管的導通 dv/dt 都限制在 2.3kV/us 以下。 該值選擇為之前在滿載條件下計算的諧振 dv/dt 的一半。 因此:
此時,低側驅動器已完全定義。 該過程繼續進行柵極驅動變壓器設計。 此處省略了此計算的詳細信息,可以參照前面講述的案例進行分析。 進一步計算的柵極驅動變壓器的相關特性是:
LM=100uH 變壓器的勵磁電感。
IM,P=75mA D=0.5 時勵磁電流的最大峰值。
高端驅動電路中有兩個耦合電容,接下來計算它們的值。假設 ?VC1=0.65V 和 ?VC2=0.65V。這兩個紋波分量的總和將出現在 Q2 的柵極 (?VGATE=1.3V)。
其中 D=0.68,對應于上述 Cc1 方程的最大值。
驗證交流耦合網絡的啟動時間常數:
驗證 UCC3850 輸出驅動器的柵極功率損耗和功耗:
UCC3580 耗散了 731mW 柵極驅動功率損耗中的 284mW。
最后,計算旁路電容值。 旁路電容器為兩個 MOSFET 提供柵極電荷、通過兩個柵極下拉電阻 RGS1 和 RGS2 的電流以及柵極驅動變壓器的磁化電流。 其值可通過以下方式估算: