dcdc驱动线路设计模块.docx
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dcdc驱动线路设计模块.docx
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dcdc驱动线路设计模块
DC/DC驱动线路设计规范
规范编码:
TS-C040202004
版本:
V1.0
密级:
秘密
ENP研发业务管理部
执笔人:
茹永刚
页数:
共8页
DCDC驱动电路设计规范
2002年05月30日发布2002年05月30日实施
艾默生网络能源有限公司
前言
本规范于2002.05.30首次发布。
本规范起草单位:
研发业务管理部、一次电源开发部
本规范执笔人:
茹永刚
本规范主要起草人:
茹永刚、方旺林、吴建华、周代文、张华健、张强
本规范标准化审查人:
林攀
本规范批准人:
方强
本规范修改记录:
更改信息登记表
版本
更改原因
更改说明
更改人
更改时间
摘要......................................................................5
缩写词/关键词/解释........................................................5
1.来源...................................................................5
2.适用范围................................................................5
3.规范满足的技术指标(特征指标)............................................5
4.详细电路图.............................................................5
5.工作原理简介............................................................6
6.设计、调试要点...........................................................6
7.局部PCB版图(可选项)....................................................7
8.元器件明细表(详见附录).................................................7
9.设计实例...............................................................7
10.附录...................................................................9
附录1.元器件明细表......................................................9
附录2.应用反例(可选项).................................................9
摘要
本规范介绍了一种常用的MOSFET驱动线路,该电路适用于全桥、半桥等互补对称驱动电路(双正激线路同名端需更改),可以有效的消除由于MOSFET米勒效应引起的误导通。
线路简单成本较低。
关键词
米勒效应、导通时间、关断时间
缩略词解释
一来源
本规范中的电路来源于H5415Z模块的实际应用,已经通过大批量运行得到验证,
二适用范围
该单元电路可用于一般的有双管驱动需求的整流模块中,如一次电源新50A整流模块、
新25A整流模块、100A整流模块等等。
三规范满足的技术指标(特征指标)
驱动在新50A中的使用指标为:
——工作频率:
80K
——驱动电压:
12.5V
——驱动功率:
1.23W(DC/DC管子采用IRFP460A)
四详细的电路图
图1H5415Z驱动线路图
五工作原理简介
在桥式等有上下管存在的线路中,当上下管中的1只管导通时,另一管的VDS会迅速上升到较高的电压,此时由于mosfet结电容的存在,未导通管的GS间结电容会被充电(即米勒效应),当VGS高到一定程度时,该管导通,即出现上下管直通现象。
本规范所介绍的驱动线路采用驱动变压器进行隔离,副边两个绕组分别用来驱动上管及下管,工作原理为:
互补的驱动信号GD、GC经驱动芯片U301(TPS2812或4424)后,送出驱动能力提升后的驱动信号out1、out2,该信号再驱动由三极管(MJE172及MJE182)组成的推挽三极管,推挽三极管的输出电压加在驱动变压器的原边,作为变压器的原边输入,再经过驱动变压器后送出两路驱动信号。
其中一个副边绕组的电压经过限流电阻(R228&R291或R287&R292)加到管子的GS间,使其导通,另外一个副边绕组通过二极管与电阻(D310&R323或D304&R308)将反压加在管子的GS间,作为管子的关断通道。
六设计调试要点
1.变压器的设计:
工作频率为f,占空比D,Ae为磁芯截面积,最大工作磁通密度Bm,驱动变压器原边匝数N为:
变压器的匝比由所需的驱动电压及Vcc1的大小决定n=Vcc1/Vgs
2.推挽三极管的作用:
在驱动芯片内部高低信号由MOSFET产生、驱动电流较大时,由于MOSFET的导通电压由Rdson*Ids决定,所以会出现驱动信号管不彻底,影响管子的可调关断速度,增加损耗。
3.通过调节电阻R288及R291(R287&R292)可获得所需的mosfet开通速度,关断速度从损耗角度来讲越快越好,可直接通过一个二极管D304(D310)实现
驱动线路的最大电流可通过如下计算:
4.电容C390的作用是驱动变压器偏磁补偿
5.D314&R253(D308&R252)的目的是提供去磁回路
6.电阻R371的目的是为了在驱动输出发生短路时阻止故障的进一步延伸,
七元器件明细表
见附录1。
八设计实例
H5415Z的驱动线路如图1示,模块基本参数为:
DC/DCtopology为移相全桥,MOSFET采用IRF460A,VCCD1=13V,
1.计中的变量说明
Vccd2-----------------驱动电压
D---------------------驱动变压器的占空比(恒定为0.47)
N---------------------驱动变压器原边匝数
Lmin----------------驱动变压器最小电感量
I励磁----------------驱动变压器励磁电流
Ic---------------------驱动变压器原边电流
If---------------------DC/DCMOSFET中Ids峰值电流
Iav-------------------DC/DCMOSFET中Ids平均电流
Pdriver--------------DC/DC管子驱动损耗
Pconduction--------DC/DC管子导通损耗
Poff------------------DC/DC管子关断损耗
2、DC/DC驱动变压器
IRFP460A的Vgs为±30V,所以取驱动变压器的匝比为1:
1:
1,管子的实际驱动电压为Vd=12.5V。
驱动变压器采用EP13磁芯,材料为DMR30(相当于PC30),Le=24.2mm、Ae=19.5mm**2、Ve=472mm**3、AL=1170nH/(N**2),工作频率f=80Khz,驱动电压Vd=12.5V,占空比恒定为D=0.47。
因为是MOSFET驱动变压器,不会出现大的电流,取Bm=0.12mT
为降低成本,减少编码,与新25A的驱动变压器完全一致。
取N=20Ts
100°C时DMR30的饱和磁通密度Bs=390mT,有较大的降额。
感量
漏感Llk<2.0uH
励磁电流峰值:
原边电流峰值:
原边电流的有效值:
因为驱动变压器的输出电流主要对MOSFET的结电容充电,驱动功耗计算
Imean=Pg/V=1/12.5=0.08A,Irms按照0.2的占空比计算为:
因EP13绕线窗口面积较小,普通铜线无法满足原副边的安规距离,所以选用三层绝缘线(0.25mm),电流密度:
满足要求(<5A/mm*2)
3.推挽三极管的选择
为提高开关的上升和下降速度,MOSFET的驱动采用推挽的方式,电阻R286及R289(R285、R290)的目的是用来抑制寄生振荡。
二极管D305、R309为MOSFET提供了GS间结电容的放电回路。
推挽三极管采用MJE182和MJE172(Vce=80V、Ic=3A)。
最大的导通电流Ic为:
4.其它
驱动芯片采用TPS2812(最大输出电流2A),线路与TC4424完全兼容,因为TPS2812的工作电压为15V,而Vcc2为12.8V,引起TPS2812的工作电压降额不够,可以在TPS2812的电源前面串入两个二极管,使VCC降为12.8-1.5=11.3V。
因为驱动芯片TPS2812的输出用来驱动推挽三极管,驱动电流极小,所以功耗可以不考虑。
MOSFET的GS间加稳压管进行过压保护,VgsMAX为±30V,采用18V的稳压管。
电阻R370的目的是为了在驱动输出发生短路时阻止故障的进一步延伸,电容C378与C374的目的是去耦。
十:
附录
1.元器件明细表
U30139110205驱动芯片-2812-2AMOSFET驱动芯片-DIP8
Q305、Q30915050018PNP三极管/100V/3A/12.5W/TO-225AA
Q311Q30715050019NPN三极管/100V/3A/12.5W/TO-225AA
D304D31015010007开关二极管/75V/150mA/4ns/DO-35
2.正激式驱动线路
图2正激式驱动线路
上图示为50A最初使用的正激式驱动线路,该线路具有驱动能力强的特定,但与本规范介绍的线路相比,有如下的缺点:
a.驱动线路复杂,成本较高。
b.四只主功率管分别驱动,米勒效应严重,在开机的第一个周期时可能出现直通(模块早期窄脉冲导致消磁时间短,米勒效应严重引起直通是相同原因)
c.因为消除米勒效应作用有限,无法使用开关速度较快的功率管,不利于成本降低。
d.对关断三极管的参数(保持时间、放大倍数等)要求较高,否则会出现过谐振而炸机。
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- dcdc 驱动 线路 设计 模块