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类型设计完整和极具成本效益的栅极驱动.pdf

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  • 文档编号:11167800
  • 上传时间:2020-02-11
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    1、Your Imagination, Our Innovation Isolation Products Division Avago Technologies Confidential Page 1 设计完整和极具成本效益 的 门极驱动系统 2015年 1月 Your Imagination, Our Innovation Isolation Products Division Avago Technologies Confidential Page 2 培训内容 背景 门极驱动器 门极驱动光耦 ACPL-302J 设计门极驱动器模块内的每个功能 小结 问答 Your Imagination,

    2、 Our Innovation Isolation Products Division Avago Technologies Confidential Page 3 背景高压应用 电机驱动器 可再生能源 电源 加热、通风和空气调节 (HVAC) Your Imagination, Our Innovation Isolation Products Division Avago Technologies Confidential Page 4 背景逆变器 控制器 IGBT or Power MOSFET 门极驱动器 电机 / 电网 绝缘 电机 逆变器 控制器 Your Imagination,

    3、Our Innovation Isolation Products Division Avago Technologies Confidential Page 5 优点 缺点 高集成度 容易使用 高成本 $10 至 $50 大 输出电流 . 典型值 10 A 大型的 非标准封装 一体化 电源 人工 PCB组装 门极驱动器门极驱动模块 门极驱动模块 Your Imagination, Our Innovation Isolation Products Division Avago Technologies Confidential Page 6 门极驱动器门极驱动模块 绝缘 BLANKING C

    4、URRENT SOURCE SOFT SHUT DOWN 保 护 DESAT DETECTION ISOLATION 驱动 IGBT 或功率 MOSFET 控制器 变压 器 ISOLATION 电 源 驱动 电机 / 电网 ISOLATION 反 馈 Your Imagination, Our Innovation Isolation Products Division Avago Technologies Confidential Page 7 绝缘 控制器 IGBT 或功率 MOSFET 逆变器 双极缓冲器 反 馈 保 护 BLANKING CURRENT SOURCE SOFT SHUT

    5、 DOWN DESAT DETECTION HCPL-3120 反激 控制器 变压器 隔离型高侧电源 门极驱动器分立解决方案 电机 / 电网 Your Imagination, Our Innovation Isolation Products Division Avago Technologies Confidential Page 8 门极驱动器门极驱动光耦 ACPL-302J Your Imagination, Our Innovation Isolation Products Division Avago Technologies Confidential Page 9 门极驱动光耦

    6、ACPL-302J Your Imagination, Our Innovation Isolation Products Division Avago Technologies Confidential Page 10 设计门极驱动器模块内的每个功能 2015年 1月 Your Imagination, Our Innovation Isolation Products Division Avago Technologies Confidential Page 11 门极驱动模块框图 绝缘 BLANKING CURRENT SOURCE SOFT SHUT DOWN 保 护 退 饱 和 检测

    7、 ISOLATION 驱动 ISOLATION 反 馈 IGBT 或功率 MOSFET 控制器 变压器 ISOLATION 电 源 驱动 电机 / 电网 1 2 3 Your Imagination, Our Innovation Isolation Products Division Avago Technologies Confidential Page 12 设计隔离 ISOLATION 驱动 1 直流链路电压 , VDC = 2 x V NOM,RMS x 安全余量 (%) = 2 x 480 x 1.1 = 747V 标称供电电压 , VNOM,RMS 480VRMS 地区 标称供电

    8、电压 , VNOM,RMS 直流链路电压 , VDC IGBT 分类等级 , VCES 增强型爬电距离 ACPL-302J 绝缘特性 欧洲 240VAC 373V 600V 4mm 工作电压 , VIORM = 1230VPEAK 爬电距离 8mm 电气间隙 8mm 440VAC 684V 1200V 7mm 美国 246VAC 383V 600V 4mm 480VAC 747V 1200V 8m 日本 220VAC 342V 600V 4mm 440VAC 684V 1200V 7mm 中国 220VAC 342V 600V 4mm 380VAC 537V 1200V 7mm 增强型爬电 =

    9、 100VDC/mm Your Imagination, Our Innovation Isolation Products Division Avago Technologies Confidential Page 13 驱动设计 门极驱动电流 ISOLATION 驱动 1 驱动 目标 帮助客户找到能够满足驱动电流要求的 最合适的安华高门极驱动器 如果要求的门极驱动电流较高,建议客户使用 外部缓冲驱动器 Your Imagination, Our Innovation Isolation Products Division Avago Technologies Confidential Pa

    10、ge 14 V V ns ns pF pF 1. 总线电压 , VB 2. 门极 -发射极电压 , VC(GE) 3. 导通延时时间 , td(on) 4. 上升时间 , tr 5. 反向转移电容 , Cres = CGC 6. 输入电容 , Cies A 门极电 流 总和 , Ig 门极电流计算器 来自应用笔记 AN1335: 1000计 算清 除21300200170100000.75286Your Imagination, Our Innovation Isolation Products Division Avago Technologies Confidential Page 15

    11、来自 IGBT 数据手册 客户工作条件 Cies = CGE + CGC 练习 1:根据 480V的 HVDC总线电压和相对Vee为 15V的 Vcc2,找出使用 IKW20N60H3 IGBT时门极电 流 总和 Ig和门极电阻 Rg. IGBT数据手册例子 : 英飞凌 IKW20N60H3 600V,20A Your Imagination, Our Innovation Isolation Products Division Avago Technologies Confidential Page 16 IGBT VCES(V) IGBT IC(A) 推荐的门极驱动光耦 IOUT min

    12、(A) IOUT max (A) 600 150 ACPL-337J, ACPL-339J+MosfetBuffer, ACPL-P343/W343 3-4 4-5 输出电流不足?使用外部缓冲器 基于 IGBT分类的门极驱动选择指南 Your Imagination, Our Innovation Isolation Products Division Avago Technologies Confidential Page 17 来自 IGBT 数据手册 客户的工作条件 Cies = CGE + CGC 练习 2:基于 1000V的 HVDC总线电压和相对于 Ve为 15V&-6V的 Vcc

    13、2及 VEE,找到使用CM1800DY-34S IGBT时门极电 流 总和 Ig和门极电阻 Rg。 IGBT数据手册例子 : 三菱 CM1800DY-34S, 1800A, 1700V Your Imagination, Our Innovation Isolation Products Division Avago Technologies Confidential Page 18 IGBT VCES(V) IGBT IC(A) 推荐的门极驱动光耦 IOUT min (A) IOUT max (A) 600 150 ACPL-337J, ACPL-339J+MosfetBuffer, ACP

    14、L-P343/W343 3-4 4-5 输出电流不足?使用外部缓冲器 基于 IGBT 分类的门极驱动选择指南 ACPL-339J Your Imagination, Our Innovation Isolation Products Division Avago Technologies Confidential Page 19 参考文献 1. 应用笔记 AN1335: 门极驱动光耦的主要应用和选择 Your Imagination, Our Innovation Isolation Products Division Avago Technologies Confidential Page

    15、20 驱 动设计 功耗 ISOLATION 驱动 1 驱动 目标 帮助客户检查所选的门极驱动器件的工作条件是否会引起任何 结点温度 超过限值 推荐合适的 门极电阻 ACPL-302J Rg ROH ROL 导通期间的器件功耗 关断期间的器件功耗 Rgh 导通期间的 Rg功耗 Rgl 关断期间的 Rg 功耗 Your Imagination, Our Innovation Isolation Products Division Avago Technologies Confidential Page 21 ACPL-302J 功耗 /热损耗 基于应用要求的用户输入 数据手册性能指标规范 计算的输

    16、出结果 Your Imagination, Our Innovation Isolation Products Division Avago Technologies Confidential Page 22 8 18 V 20V / 60mA LED2+ VCC2 VEE2 VEE2 VO VE SW VEE1 AN CA FAULT UVLO DESAT VCC1 COMP uC + 5V C1 Ls 220nF 2k Lp 470k 4.7k 4.7k Rg 330pF 22nF 330pF 0.1uF 10 330pF 270 1k 330pF 20 ACPL-302J CLAMP_S

    17、S 10uF 20uF 20uF 15V 2k HV Diode Rss 20uF 电源设计 ACPL-302J 集成式反激控制器 ISOLATION 电 源 2 Your Imagination, Our Innovation Isolation Products Division Avago Technologies Confidential Page 23 导线越长,辐射的噪声越大 负载没有规定 单个开关提供所有电源,高的 EMI噪声 大的变压器,电容和开关 电源域之间的导线间距需要占用空间 ISOLATION 电 源 2 电 源设计 集中式电源 Your Imagination, Ou

    18、r Innovation Isolation Products Division Avago Technologies Confidential Page 24 ACPL-302J ACPL-302J ACPL-302J ACPL-302J ACPL-302J ACPL-302J IGBT IGBT IGBT IGBT IGBT IGBT PWM开关负载是完全分布式的,具有较低的EMI辐射 所有输出电压 都有规定 较小的变压器和电容 变压器靠近负载放置会有较少的辐射,并能抑制更多的EMI噪声 ISOLATION 电 源 2 电 源设计 分布式电源 Your Imagination, Our I

    19、nnovation Isolation Products Division Avago Technologies Confidential Page 25 电 源设计 集中式与分布式 集中式电源 分布式 电源 ISOLATION 电 源 2 Your Imagination, Our Innovation Isolation Products Division Avago Technologies Confidential Page 26 电 源设计 ISOLATION 电 源 推荐的反激电源原理图 ACPL-302J 10kHz, 4F 20V10mA50mA 75% 效率 818V Pin

    20、: 1.47W 15V 0V 0V -5V 40k80kHz, Voltage Mode PWM Control 0V 0V -5V 1V 2 Your Imagination, Our Innovation Isolation Products Division Avago Technologies Confidential Page 27 理想的降压升压操作 T Your Imagination, Our Innovation Isolation Products Division Avago Technologies Confidential Page 28 反激电 源设计 =0 n:1

    21、 Your Imagination, Our Innovation Isolation Products Division Avago Technologies Confidential Page 29 Power Mosfet n 反激电 源 设计 Your Imagination, Our Innovation Isolation Products Division Avago Technologies Confidential Page 30 反激变 压器设计 =0 n:1 Vrms 12 Vf(频率,使用线圈见到的最小频率) 60,000 HzNp (初级匝数) 16Ac (磁芯的等效

    22、横截面积) 0.1213 cm2Lp (与所用磁芯有关,只有使用Id c时才需要) 0.00006 HIdc (通过绕组的直流电流) 1.11 ABma x(交流) 2,320.95 高斯Bma x(直流) 0.34 高斯B m a x 合计 2321.296 高斯交流项变压器计算可选直流项)./()10().44.4/()10.(4)m a x (8)m a x ()m a x ()m a x (m a xcpdcpDCcpr m sACDCACANILBANfVBBBB注意: Ac输入时应该以 cm2为单位,而 Bmax单位是高斯 磁芯材料:锰锌铁氧体 (可以实现最小的磁芯尺寸 ) 磁芯的无间隙 AL值: 1640nH/N2 需要的空气间隙: 0.07mm (234nH/N2) 饱和磁通量密度: 4800Gause 25 (或 3700Gauss 100 )

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