【導讀】工業(yè)應用中，功率半導體的驅動(dòng)電源功率不大，設計看似簡(jiǎn)單，但要設計出簡(jiǎn)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(xiàn)路板面積，這對避免受干擾，提高可靠性也有幫助。這是開(kāi)發(fā)EiceDRIVER? Power 2EP系列的背景。
工業(yè)應用中，功率半導體的驅動(dòng)電源功率不大，設計看似簡(jiǎn)單，但要設計出簡(jiǎn)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(jiǎn)潔，占用線(xiàn)路板面積要小
一個(gè)EasyPACK? 2B 1200V 100A六單元IGBT模塊，周長(cháng)20cm，占板面積27cm2，很小，在四周要安排布置6路驅動(dòng)和4-6路隔離電源并不容易，如果需要正負電源就更復雜。
2. 電力電子系統需要滿(mǎn)足相應的安規和絕緣配合標準，保證合規的爬電距離和電氣間隙，這使得PCB面積更捉襟見(jiàn)肘。
3. 對于中大功率的功率模塊，驅動(dòng)板會(huì )放在模塊上方，會(huì )受熱和直面較強的電磁干擾。
4. 微溝槽IGBT7的QG也比較大，需要更大功率的驅動(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(xiàn)路板面積，這對避免受干擾，提高可靠性也有幫助。這是開(kāi)發(fā)EiceDRIVER? Power 2EP系列的背景。
2EP100R是全橋變壓器驅動(dòng)器集成電路，頻率調節范圍50至695kHz，占空比從10%到50%可調，可產(chǎn)生正負非對稱(chēng)輸出電壓，為隔離型柵極驅動(dòng)器提供正負電源，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，輸出功率可望達到13W。2EP還集成了可調節過(guò)流閾值、輸出短路保護、過(guò)溫保護和UVLO保護等功能，使得驅動(dòng)電路能正?？煽抗ぷ?。
基本電路框圖
從管腳6和7的內部電路可以看出，這是一顆全橋驅動(dòng)器，除了低壓、過(guò)溫、平均電流和峰值電流檢測和保護的功能外，振蕩器和占空比有精度保證，還帶有預充電、軟啟動(dòng)功能。
典型應用電路
全橋整流
選擇50%占空比，次級通過(guò)全橋整流就能實(shí)現單電源輸出，當變壓器匝數比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(guò)兩個(gè)二極管，兩倍的整流二極管損耗，尤其當輸出電壓低的時(shí)候靜態(tài)損耗占比大。
倍壓整流
倍壓整流比較容易設計，只要選擇50%占空比，變壓器匝數比1.8:1，次級通過(guò)倍壓整流就能實(shí)現正負輸出比固定為2:1，即15V和負-7.5V，這電壓對于中功率IGBT模塊驅動(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(chēng)負載電流，這些不對稱(chēng)電流在輸入端的電阻性元件上產(chǎn)生不對稱(chēng)壓降，其結果是變壓器正負電壓的電壓和時(shí)間乘積不相等，這將導致變壓器磁芯的B-H曲線(xiàn)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。更多的驅動(dòng)電路實(shí)際上需要2-4-6路，雙數繞組輸出的變壓器，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。
倍壓整流原理和設計請參考評估板EVAL-2EP130R-VD帶雙輸出倍壓整流的2EP130R變壓器驅動(dòng)器評估板的應用手冊，需要購買(mǎi)評估板和索取PCB參考文件等請填寫(xiě)表單。
峰值整流
峰值整流可以通過(guò)調節占空比，實(shí)現寬范圍的正負隔離輸出電壓。
2EP占空比10%-50%可調，使得正負輸出比范圍為1:1到9:1，而變壓器初次級繞組匝數比決定輸出正負電壓值，可以方便匹配IGBT、SiC MOSFET驅動(dòng)電路設計需要。
由于占空比可能不是50%，電壓波形的不對稱(chēng)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(wèn)題，器件也少，更推薦。
改變參數，DC=22%，TTR=1.5，輸出電壓是+15V/-4V，適合SiC MOSFET。
改變參數，DC=14%，TTR=1.4，輸出電壓是+15V/-2.5V，適合SiC MOSFET。
總結
對于SiC MOSFET，不推薦用太低的負壓，對于IGBT來(lái)說(shuō)，合理選擇負壓也可以減小驅動(dòng)功率，尤其是新一代微溝槽IGBT的柵極電荷QG比較大，需要驅動(dòng)功率也大，減小負壓有積極意義。
實(shí)現任意負壓建議采用峰值整流，2EP占空比10%-50%可調，使得正負輸出比范圍為1:1到9:1，而變壓器初次級繞組匝數比決定輸出正負電壓值，可以方便匹配IGBT、SiC MOSFET驅動(dòng)電路設計需要。
峰值整流原理和設計比較復雜，請參考評估板EVAL-2EP130R-PR和EVAL-2EP130R-PR-SIC的應用手冊。需要購買(mǎi)評估板和索取PCB設計文件等請填寫(xiě)表單。
a) EVAL-2EP130R-PR：2EP130R變壓器驅動(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變壓器驅動(dòng)器評估板。
（作者：陳子穎，文章來(lái)源：英飛凌工業(yè)半導體）
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