IGBT栅极驱动器隔离反激式转换器设计

 隔离式 IGBT 栅极驱动器需要隔离电源以实现安全隔离和电平转换。遗憾的是，基于标准电源控制 IC 的隔离电源设计并非易事。使用分立元件定制解决方案需要专业知识和大量验证工作，这些元件占用大量电路板空间并增加元件故障的可能性。更希望将功率转换功能集成到栅极驱动器中，以便于设计、占用空间小和可靠性高。
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隔离式反激转换器框图

反激式转换器在不连续模式下使用直接占空比控制。输出电压通过集成光耦合器反馈，如图 1 所示。

IGBT栅极驱动器隔离反激式转换器设计
 可以观察到这种拓扑的一些直接好处。
 输出电压通过集成反馈逐门调节。
 隔离边界与栅极驱动器完全对齐，从而实现紧凑的 PCB 布局。
 主开关 Msw 进一步集成到栅极驱动器 IC 中。
 分立元件少，易于设计。
 双极性栅极偏置可以通过简单的齐纳二极管 (D4) 和电阻器 (R4) 来实现。
 下面给出一个例子来说明详细的设计过程
 电源规格
 以下是 HEV 和 EV 应用中 IGBT 栅极驱动器的一组典型浮动电源规格。
 (3-1) [tex]Vin_{min}=8hspace {1mm}V,hspace {1mm}Vin_{max}=18hspace {1mm}V[tex]
 (3-2) [tex]Vcc2_{min}=18hspace {1mm}V,hspace {2mm}Vin_{max}=22hspace {1mm}V[tex]
 Vcc1 旨在通过 IC 初级侧的内部线性稳压器处理 8V 至 18V 的大输入电源范围。Vcc2 提供正栅极偏压和负栅极偏压。
 负载电流包括栅极驱动器 IC 的偏置电流 (Icc2) 和动态栅极驱动电流 Igate，其中
 (3-3) [tex]I_{gate}=f_{pwm}×Q{g}'[tex]
 f(pwm) 是 IGBT 的 PWM 开关频率，Qg' 是栅极电压从 Vee2 切换到 Vcc2 时的栅极电荷。在许多情况下，它小于 IGBT 数据表指定的 Qg，该数据表测量 -15 V 至 15 V 的栅极电荷。
 对于 [tex]Q{g}' = 4hspace {1mm}mu C,hspace {1mm} f_{PWM} = 10hspace {1mm}kHz[tex]
 (3-4)[tex]I_{gate} = 10hspace {1mm}kHz 乘以 4hspace {1mm}mu C = 40hspace {1mm}mA[tex]
 变压器规格、缓冲器和输出整流二极管
 在本节中，我们将研究与功率转换相关的变压器规格，例如初级和次级绕组电感以及匝数比。这些参数由最大输入功率、最小输入电压、开关频率范围、最大占空比和最大初级电流限制决定。
 在图 1 中，初级绕组的开关频率为 60 kHz，最小值为 60 kHz。和最大。变化如下：
 (4-1) [tex]fs_{min} = 40hspace {1mm}kHz, hspace {1mm}fs_{typ} = 60hspace {1mm}kHz[tex]
 IC 硬性地将开启占空比限制在 50% – 60%。建议您使用最大。最大负载的占空比为 50%，以确保 Vcc2 的良好调节。