在 1000 V 反激式变压器中驱动高压硅 FET
出处:维库电子市场网 发布于:2024-05-23 17:17:55 | 660 次阅读
1000V 型应用存在许多电源设计挑战,包括场效应晶体管 (FET) 选择以及需要为 >1,000V 硅 FET 提供足够强大的栅极驱动,而硅 FET 通常具有比碳化硅更大的栅极电容(SiC) FET。SiC FET 的优点是总栅极电荷比相似参数的硅 FET 更低;然而,SiC 通常会增加成本。
您会发现硅 FET 用于诸如 Texas Instruments (TI) 350 V 至 1,000 V DC 输入、56 W 反激式隔离电源参考设计等设计中,该设计将两个 950 V FET 共源共栅在一个 54 W 初级侧稳压 (PSR) 中。 ) 飞回来。在较低功耗通用偏置电源 (<10 W) 中,可以在 TI三输出 10W PSR 反激参考设计中使用单个 1,200 V 硅 FET ,这是本电源技巧的重点。
该参考设计可以作为牵引逆变器的隔离式栅极驱动器的偏置电源。它包括一个宽输入(60 V 至 1000 V)PSR 反激式,具有三个隔离式 33 V 输出和 100 mA 负载,并使用 TI 的UCC28730-Q1作为控制器。图 1显示了最小驱动电流为 20mA 的 UCC28730-Q1 数据表。
由于 UCC28730-Q1 的栅极驱动相对较弱,因此根据公式 1估算,主 FET 的开启时间约为 840 纳秒。
图 2显示,随着 FET 栅极 - 源极电容 (C GS ) 和栅极 - 漏极电容 (C GD ) 的增加,它会消耗调节转换器输出电压所需的初级 FET 的导通时间。
图 3通过查看直接驱动主 FET 的 UCC28730-Q1 的栅极电压显示了这种做法的不良影响。在此示例中,完全打开 FET 大约需要 800 ns,栅极达到其标称电压需要 1.5 ?s。当电压达到 400 V 时,当控制器决定关闭 FET 时,它仍在尝试为 C GD充电。在 1,000 V 时,情况更糟,C GS在关闭前仍在充电。这表明,随着输入电压的增加,控制器无法输出完整的导通脉冲,因此转换器无法加电至标称输出电压。
为了解决这个问题,您可以使用一个由两个低成本双极结型晶体管组成的简单缓冲电路,如图4所示。
图 5显示了初级 FET 的栅极电流波形,并演示了缓冲电路能够实现大于 500 mA 的栅极驱动电流。
如公式 2所示,这将充电时间缩短至 33 ns,与仅使用控制器的栅极驱动相比,速度快了 25 倍。
PSR 反激式架构通常需要最小负载电流才能保持在调节范围内。这有助于增加导通时间,转换器现在可以在 1000 V 下达到其最小负载要求,如图6所示。转换器的整体性能在PMP23431 测试报告中,图 7显示了主 FET 上具有恒定脉冲的开关波形。在 1,000 V 下,最小负载要求为,导通时间约为 1 ?s。如果没有这个缓冲电路,转换器就无法达到 1,000 V 输入。
图 6具有 1000V 输入的最小负载要求的转换器启动。资料来源:德州仪器
在高达 1,000 V 的高压应用中,占空比可能非常小 - 仅为数百纳秒。高压硅 FET 可能成为实现良好调节输出的限制因素,因为它具有高栅极电容。本电源技巧介绍了 PMP23431 和一个简单的缓冲电路,用于快速为栅极电容充电,以支持这些高压系统的较低导通时间。
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