【導(dǎo)讀】工業(yè)應(yīng)用中，功率半導(dǎo)體的驅(qū)動(dòng)電源功率不大，設(shè)計(jì)看似簡單，但要設(shè)計(jì)出簡單低成本的電路并不容易。這就需要一個(gè)集成度高，外圍器件少，功率密度高的DCDC輔助電源方案，減小線路板面積，這對避免受干擾，提高可靠性也有幫助。這是開發(fā)EiceDRIVER? Power 2EP系列的背景。
工業(yè)應(yīng)用中，功率半導(dǎo)體的驅(qū)動(dòng)電源功率不大，設(shè)計(jì)看似簡單，但要設(shè)計(jì)出簡單低成本的電路并不容易，主要難點(diǎn)有幾點(diǎn)：
1. 電路要求簡潔，占用線路板面積要小
一個(gè)EasyPACK? 2B 1200V 100A六單元IGBT模塊，周長20cm，占板面積27cm2，很小，在四周要安排布置6路驅(qū)動(dòng)和4-6路隔離電源并不容易，如果需要正負(fù)電源就更復(fù)雜。
2. 電力電子系統(tǒng)需要滿足相應(yīng)的安規(guī)和絕緣配合標(biāo)準(zhǔn)，保證合規(guī)的爬電距離和電氣間隙，這使得PCB面積更捉襟見肘。
3. 對于中大功率的功率模塊，驅(qū)動(dòng)板會(huì)放在模塊上方，會(huì)受熱和直面較強(qiáng)的電磁干擾。
4. 微溝槽IGBT7的QG也比較大，需要更大功率的驅(qū)動(dòng)電源。
這就需要一個(gè)集成度高，外圍器件少，功率密度高的DCDC輔助電源方案，減小線路板面積，這對避免受干擾，提高可靠性也有幫助。這是開發(fā)EiceDRIVER? Power 2EP系列的背景。
2EP100R是全橋變壓器驅(qū)動(dòng)器集成電路，頻率調(diào)節(jié)范圍50至695kHz，占空比從10%到50%可調(diào)，可產(chǎn)生正負(fù)非對稱輸出電壓，為隔離型柵極驅(qū)動(dòng)器提供正負(fù)電源，在15V輸入，+15V/-7.5V輸出時(shí)，典型功率為5W，如果提高輸入電壓和占空比，輸出功率可望達(dá)到13W。2EP還集成了可調(diào)節(jié)過流閾值、輸出短路保護(hù)、過溫保護(hù)和UVLO保護(hù)等功能，使得驅(qū)動(dòng)電路能正?？煽抗ぷ?。
基本電路框圖
從管腳6和7的內(nèi)部電路可以看出，這是一顆全橋驅(qū)動(dòng)器，除了低壓、過溫、平均電流和峰值電流檢測和保護(hù)的功能外，振蕩器和占空比有精度保證，還帶有預(yù)充電、軟啟動(dòng)功能。
典型應(yīng)用電路
全橋整流
選擇50%占空比，次級通過全橋整流就能實(shí)現(xiàn)單電源輸出，當(dāng)變壓器匝數(shù)比2.5:1時(shí)，輸出電壓為+5V，優(yōu)點(diǎn)是輸出紋波小，缺點(diǎn)是需要四個(gè)二極管，每半周都需要流過兩個(gè)二極管，兩倍的整流二極管損耗，尤其當(dāng)輸出電壓低的時(shí)候靜態(tài)損耗占比大。
倍壓整流
倍壓整流比較容易設(shè)計(jì)，只要選擇50%占空比，變壓器匝數(shù)比1.8:1，次級通過倍壓整流就能實(shí)現(xiàn)正負(fù)輸出比固定為2:1，即15V和負(fù)-7.5V，這電壓對于中功率IGBT模塊驅(qū)動(dòng)非常友好。
單繞組輸出的倍壓整流會(huì)在變壓器上引入不對稱負(fù)載電流，這些不對稱電流在輸入端的電阻性元件上產(chǎn)生不對稱壓降，其結(jié)果是變壓器正負(fù)電壓的電壓和時(shí)間乘積不相等，這將導(dǎo)致變壓器磁芯的B-H曲線上的工作點(diǎn)發(fā)生偏移，變壓器會(huì)部分飽和。
解決方法是在次級倍壓整流的輸入端串聯(lián)電容器。更多的驅(qū)動(dòng)電路實(shí)際上需要2-4-6路，雙數(shù)繞組輸出的變壓器，只要將一對倍壓整流的變壓器同名端相反連接，由于一般情況下各個(gè)路負(fù)載相等，這樣就可以平衡變壓器，可能不需要串聯(lián)電容器。
倍壓整流原理和設(shè)計(jì)請參考評估板EVAL-2EP130R-VD帶雙輸出倍壓整流的2EP130R變壓器驅(qū)動(dòng)器評估板的應(yīng)用手冊，需要購買評估板和索取PCB參考文件等請?zhí)顚懕韱巍?br style="box-sizing: border-box;"/>
峰值整流
峰值整流可以通過調(diào)節(jié)占空比，實(shí)現(xiàn)寬范圍的正負(fù)隔離輸出電壓。
2EP占空比10%-50%可調(diào)，使得正負(fù)輸出比范圍為1:1到9:1，而變壓器初次級繞組匝數(shù)比決定輸出正負(fù)電壓值，可以方便匹配IGBT、SiC MOSFET驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)需要。
由于占空比可能不是50%，電壓波形的不對稱占空比就會(huì)產(chǎn)生直流分量，造成變壓器直流偏置從而飽和，所以我們需要在初級繞組串聯(lián)一個(gè)隔直電容。
例子中，占空比DC取33%，變壓器匝比TTR=1.25，所以輸出電壓是+15V/-7.5V，與倍壓整流一致。峰值整流把隔直電容從初級移到次級，避免變壓器飽和問題，器件也少，更推薦。
改變參數(shù)，DC=22%，TTR=1.5，輸出電壓是+15V/-4V，適合SiC MOSFET。
改變參數(shù)，DC=14%，TTR=1.4，輸出電壓是+15V/-2.5V，適合SiC MOSFET。
總結(jié)
對于SiC MOSFET，不推薦用太低的負(fù)壓，對于IGBT來說，合理選擇負(fù)壓也可以減小驅(qū)動(dòng)功率，尤其是新一代微溝槽IGBT的柵極電荷QG比較大，需要驅(qū)動(dòng)功率也大，減小負(fù)壓有積極意義。
實(shí)現(xiàn)任意負(fù)壓建議采用峰值整流，2EP占空比10%-50%可調(diào)，使得正負(fù)輸出比范圍為1:1到9:1，而變壓器初次級繞組匝數(shù)比決定輸出正負(fù)電壓值，可以方便匹配IGBT、SiC MOSFET驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)需要。
a) EVAL-2EP130R-PR：2EP130R變壓器驅(qū)動(dòng)器評估板，具有雙輸出峰值整流和可定制的輸出電壓，適用于MOSFETS和IGBT。
b) EVAL-2EP130R-PR-SIC：用于SiC MOSFET的雙輸出峰值整流2EP130R變壓器驅(qū)動(dòng)器評估板。
（作者：陳子穎，文章來源：英飛凌工業(yè)半導(dǎo)體）
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