快捷搜索:  as  test  1111  test aNd 8=8  test++aNd+8=8  as++aNd+8=8  as aNd 8=8

AJ环亚国际旗舰厅_鹅城网进入



关键词:

栅极驱动器

择要:众所周知今朝市道市面上的MOSFET和沟槽IGBT也可以事情在较高的dV/dt和di/dt的电路中,然则,最新的宽间带(WBG)半导体使高电压和低损耗的超快速开关走向最抱负的状态。然而,下桥臂电路中的快速开关会将瞬态电压耦合到栅极驱动电路,从而导致驱动波形的掉真或毁坏,同时上桥臂栅极驱动器的旌旗灯号和隔离电源也还会受到应力影响。本文将探究这些影响、解释若何避免这些影响,并评估电压应力和局部放电(PD)带来的绝缘能力退化实验结果。

众所周知今朝市道市面上的MOSFET和沟槽IGBT也可以事情在较高的dV/dt和di/dt的电路中,然则,最新的宽间带(WBG)半导体使高电压和低损耗的超快速开关走向最抱负的状态。然而,下桥臂电路中的快速开关会将瞬态电压耦合到栅极驱动电路,从而导致驱动波形的掉真或毁坏,同时上桥臂栅极驱动器的旌旗灯号和隔离电源也还会受到应力影响。本文将探究这些影响、解释若何避免这些影响,并评估电压应力和局部放电(PD)带来的绝缘能力退化实验结果。

应用宽间带(WBG)技巧的今世半导体和MOSFET,IGBT一样能够实现极快的开关。它的上风是在高频率的开关前提下削减了开关转换的功耗,同时得到了高效率、高功率密度、和更小体积的无源器件。然则,他的毛病是高dV/dt和di/dt会增添栅极驱动绝缘系统的EMI和应力。图1为IGBT的范例栅极驱动电路,在5V和20V之间施加正电压将器件开启,0V将其关断。该电路也异常适用于SiC和GaN技巧中的增强型Si MOSFET和WBG器件;在所有的环境下,器件都包管在栅极继续施加0V时关断。

图1:基础栅极驱动电路

然则如图2所示,器件快速开关时寄生电容和电感会造成一系列问题。

图2:有寄生参数的栅极驱动器

假如以di/dt为例,漏极-源极电流为10A/ns(这在最先辈的GaN是有可AJ环亚国际旗舰厅能的),源极寄生电感为15nH。按照V =- L di/dt,150V会呈现在电感器两端。在关断瞬间,电压反向拖动源极为负极,与栅极驱动相反,并且在导通时偏向为正,再次与栅极驱动相反。这可能低落效率,未完全开启的状态以致会导致开关管的击穿而造成毁坏。假设的15nH可能看起来很大年夜,但对应到PCB走线着实仅25mm。纵然PCB过孔也会孕育发生1.2nH电感,即12V瞬态电压。在高di/dt的环境下,只有芯片尺寸大年夜小的封装以开尔文连接到栅极驱动的栅极和源极是实用的。在关断的状态下施加负电压来关断栅极可以对无法避免的寄生电感有很好地赞助。

在实际电路中,例如逆变器或电机节制中的推挽或全桥的拓扑布局中,两个下桥臂开关管的源极和栅极驱动电流畅常是共享同一AJ环亚国际旗舰厅回路,如图3所示。

图3:下桥臂开关管应用公共接地时的寄生参数

现在不能应用开尔文连接由于两个驱动器各有自己的回路。两个驱动器的地和两个功率地(源极)必须接在一路,假如这个接点为接近左侧开关功率地Powergnd 1,那么右侧开关将比左侧有更大年夜的走线电感,导致纰谬称,就有可能孕育发生潜在的EMI以及由电感两真个感应电压造成器件毁坏。假如要对称,Powergnd 2是独一的选择,然则这样两个源极在栅极驱动环路中具有相同且又较大年夜的走线电感,是以这不是一个恰当的协调法子,分外是昔时夜功率电源系统的设备没有连接在一路。

办理规划是应用两个栅极驱动供给隔离旌旗灯号的电源,如图4所示。隔离后,驱动器旌旗灯号和电源功率回路可以直接连接到各自的功率地----开关管的源极,这样回路中就不包括驱动环路中大年夜部份的寄生电感了。

图4:采纳开尔文连接隔离后的栅极驱动旌旗灯号,隔离电源和寄生参数

上桥臂开关之寻衅

图4的设置设置设备摆设摆设办理了di/dt引起的开关管发射极(源极)的寄生电感引起的栅极电压瞬变的问题。这是一个范例的异常有代表性的寄生参数阐发,平日也用于H桥的两个上桥臂的开关管,此中两个栅极驱动回路实际上是一个反相同一点开枢纽关头点,是以必须与彼此隔离。在上桥臂的驱动中,在栅极驱动隔离器件上呈现的高开关电压可能引起其他问题。根据I = C dV/dt来看,高dV/dt可能是由隔离电容孕育发生的位移电流所导致的问题。因为上升或下降沿速度很轻易达到100V/ns,10pF势垒电容可能让1安培电流畅过并在栅极驱动电路的低级电路中形成回路,这样就可能造成事情状态的不正常。

栅极驱动旌旗灯号隔离器件平日是光耦合器或变压器,无意偶尔也会应用电容耦合。表1为隔离栅极驱动器IC的关键参数,此中有与我们的高dV/dt电路最相关的共模瞬态抗扰度(CMTI)。然而,该值是实验室丈量出的数据,很有可能是单脉冲。没有提到在持续高压、高dV/dt波形下的靠得住性。

表1:隔离栅极驱动之关键参数

其他VIORM/VIOWM/VIOTM/VPR参数也很紧张,但与我们的开关电路无直接关系由于标准测试平日设定为50/60Hz的AC电压,或DC峰值电压。栅极驱动变压器也有相似的要求,平日只必要一秒或一分钟、DC或50/60Hz的AC电压的Hi-pot测试。然则在绕组或CMTI上施加高频开关电压来鉴定靠得住性十分少见。对变压器来说,得到高隔离度的措施因利用而异;漆包线可以零丁进行Hi-pot测试但弗成靠,由于一段间隔中会有针孔。安然机构当然不觉得这样的漆包线是安然的。具有更好绝缘性的导线如 “三重绝缘线” 可以得到安然机构的认可,然则体积过于宏大年夜,AJ环亚国际旗舰厅导致变压器会有相对高的耦合电容和位移电流。并且,因为层与层之间有局部放电(PD)的效应,是以在高开关电压下三重绝缘线的体现也不是抱负的选择。假如要满意安然机构的要求,抱负的布局是绕组相互分开,中心有足够的空间、供给低绕组层间电容,同时不依附可能导致局部放电的固体材料而达到安然测试的要AJ环亚国际旗舰厅求。如图5所示。

图5:栅极驱动变压器的绕组相互分开

相同的斟酌身分也适用于隔离栅极驱动电源内部的变压器,CMTI时常被轻忽,高压隔离也常以各类要领显示。

局部放片子响

前面,我们已经提到下场部放电(PD),即固体绝缘材料受高压应力后迟钝恶化的征象。该征象是由材料的微孔继续遭受破坏而引起的。假如是有机材料,等离子体会导致碳化。闲暇造成永远性短路,低落了整体的绝缘厚度,从而在残剩的绝缘层上孕育发生更强的电压场,并终极导致完全掉效。PD效应在“肇端”电压忽然开始,该电压取决于闲暇中的气体、压力和闲暇大年夜小,以帕邢曲线[1]为特性。若为开关电压,那么肇端电压会由频率抉择。

别的,也不应完全对材料的击穿电压信以为真。例如,玻璃被觉得是优良绝缘体,具有约60kV/mm的击穿电压,但这是在频率为60Hz的环境下。假如频率为1MHz,绝缘击穿电压的数值衰减到十分之一,约为5kV/mm。对付一些绝缘间距为势垒绝缘评估与钻研

栅极驱动电源制造商RECOM [2]已知晓DC-DC转换器的变压器在高的工模电压下开关会有潜在的问题,并与Technische Universitt Graz 和FH Johanneum 大年夜学的绝缘材料专家Priv.-Doz. Dipl.-Ing. Dr.techn. Christof Sumereder一路进行钻研。 这个项目的内部代号为BIER( 势垒绝缘评估与钻研的缩写),此中包括了对30个半桥拓扑高低桥臂开关管的评估,如图6所示。表2为三种不合的设置设置设备摆设摆设在70C情况温度下事情1464小时,直流电压为1000V、开关频率为50kHz、上升和下降沿的速度为65kV/s。

T1未包孕在测试中

图6:PD测试评估电路图

表2:BIER测试设置设置设备摆设摆设

在测试前后各丈量一次局部放电的电压值,机能没有显明低落(图7)。PD(局部放电)启动电压维持在所施加的开关峰值电压的两倍,表示具有优越的余量以及优越的经久靠得住性。如需完备的申报请造访RECOM网站[3]。

图7:PD评估结果

结论

在推挽和桥式电路中,隔离了栅极驱动旌旗灯号和功率回路,办理了高低桥臂耦合到栅极的电压瞬变的问题。然而在高频和高转换速度下,上桥臂的隔离器件仍旧遭遇异常高共模电压应力。AJ环亚国际旗舰厅 实际的局部放电测试显示出栅极驱动DC/DC电源的隔离器件可以经由过程设计来确保优越的经久靠得住性。

RECOM供给各类系列的DC/DC转换器,输出电压和隔离额定值适用于IGBT、SiC和GaN技巧的高低桥臂栅极驱动利用。

免责声明:以上内容源自网络,版权归原作者所有,如有侵犯您的原创版权请告知,我们将尽快删除相关内容。

您可能还会对下面的文章感兴趣: