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适用于硅和宽禁带功率器件的可调电压隔离栅极驱动器

2021-08-05 Liao Tai-Shan 阅读:
MOSFET、IGBT和SiC晶体管除了栅极输入电压范围不同外,还都要求其高压和低压电路路径与地隔离。本设计实例中介绍的通用可调电压隔离栅极驱动器旨在满足这些要求。

尽管MOSFET、IGBT和SiC晶体管常被用于涉及大功率和高电压的应用,但它们的栅极却由低得多的电压驱动。例如,典型MOSFET的最大栅极电压通常在5至10V之间,而IGBT则需要10至12V,SiC器件的最大栅极电压则通常为18至22V。除了不同的栅极输入电压范围外,所有这些器件都要求其高压和低压电路路径必须与地隔离,从而防止可能对产品及其用户造成危险的不期望的杂散电流。本设计实例中介绍的通用可调电压隔离栅极驱动器(UVIGD)旨在满足这些要求(图1)。d3lednc

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图1:该电路支持两种不同的电源电压,每种电压都有自己独立的地。d3lednc

1中所示的电路支持两种不同的电源电压(12和24V),每种电压都有自己独立的地。光电耦合器(PC 817)在驱动电路的低压和高压部分之间提供隔离。输入驱动信号由LM324运算放大器(在原理图的左下部分)进行缓冲,然后被馈送到光耦合器,进而馈送到L298双全桥驱动器。d3lednc

L298可以使用高达42V的电源电压来驱动电感和电容负载,例如继电器、螺线管、直流电机和步进电机以及压电器件。在本设计中,该器件的宽电源电压范围使其可用作通用隔离栅极电压驱动器,从而驱动MOSFET、IGBT和SiC晶体管。d3lednc

在可变电阻器VR1控制下,LM317可为LM298驱动器提供可变电源电压,这样就可以调整其输出信号幅度,从而满足MOSFET、IGBT和SiC晶体管的不同输入范围。为了能正常工作,L298的输入信号(VIN1)和输出信号(VOUT1)之间必须有2.5V或更大的电压差。这一差额是使用串联连接的二极管D1-D4(1N4007)上的压降产生的。这一串二极管可确保VR1的电阻接近0Ω,并且LM317的输出为5V。相反,当将VR1设置为其最大值(2157Ω)时,LM317的输出上升至22V。d3lednc

该电路的性能使用2所示的测试设置进行评估。测试使用高压开关模块(HTS 901-10-L02)作为实验负载。图3显示了在实验过程中进行的典型测量。d3lednc

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图2:此测试设置用于评估电路的性能。d3lednc

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图3:这些迹线显示了图2中电路的实验结果。d3lednc

该测试是使用20kHz驱动频率和40kV电源电压进行的。标记为“A”的迹线代表图2中的A点,即低压侧的输入信号(5V)。标记为“B”的迹线显示了通用隔离可调栅极电压驱动器的输出信号(8V)脉冲(在图2中的“B”点所测得的电压)。迹线C显示了高压开关输出所产生的40kV跌落波形。d3lednc

本文授权编译自EDN美国版,原文参考链接:Adjustable voltage isolated gate driver works for silicon and WBG power devices。由赵明灿编译。)d3lednc

本文为《电子技术设计》2021年8月刊杂志文章,版权所有,禁止转载。免费杂志订阅申请点击这里d3lednc

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