IGBT栅极驱动器的隔离式反激转换器的设计

工业快速以太网

隔离式IGBT栅极驱动器需要隔离式电源，以实现安全隔离和电平转换。不幸的是，基于标准电源控制IC的隔离式电源设计并非易事。要使用离散的组件定制解决方案，就需要专门知识和大量的验证工作，这些组件占用较大的电路板空间并增加了组件故障的可能性。更加希望将功率转换功能集成到栅极驱动器中，以简化设计，减小占位面积并提高可靠性。

隔离式反激转换器框图

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

可以观察到这种拓扑的一些直接好处。

输出电压通过具有集成反馈的逐个栅极进行调节。

隔离边界与栅极驱动器很好地对齐，从而实现了紧凑的PCB布局。

主开关Msw进一步集成到栅极驱动器IC中。

更少的分立组件，易于设计。

双极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。

下节给出了一个示例，以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范。

（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设计为通过IC初级侧的内部线性稳压器处理8 V至18 V的较大输入电源范围。Vcc2提供正和负栅极偏置。

负载电流包括栅极驱动器IC（Icc2）的偏置电流和动态栅极驱动器电流Igate，其中

（3-3）[tex] I_ {gate} = f_ {pwm}乘以Q {g}'[tex]

f（pwm）是IGBT的PWM开关频率，Qg'是用于将栅极电压从Vee2切换到Vcc2的栅极电荷。在许多情况下，它小于IGBT数据表中指定的Qg，后者可测量-15 V至15 V的栅极电荷。

对于[Q] Q {g}'= 4hspace {1mm} mu C，hspace {1mm} f_ {PWM} = 10hspace {1mm} kHz [tex]

（3-4）[x] I_ {gate} = 10hspace {1mm} kHz乘以4hspace {1mm} mu C = 40hspace {1mm} mA [tex]

变压器规格，缓冲和输出整流二极管

在本节中，我们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确定。

在图1中，初级绕组的开关频率为60 kHz（最小值）。和最大变化如下：

（4-1）[tex] fs_ {min} = 40hspace {1mm} kHz，hspace {1mm} fs_ {typ} = 60hspace {1mm} kHz [tex]

IC很难将导通占空比限制为50％– 60％。建议您使用最大最大负载的占空比为50％，以确保对Vcc2的良好调节。

（4-2）[D] D_ {max} = 50hspace {1mm} percent [tex]

编辑：hfy