功率半导体驱动电源设计（一）综述

工业应用中，功率半导体的驱动电源功率不大，设计看似简单，但要设计出简单低成本的电路并不容易，主要难点有几点：

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电路要求简洁，占用线路板面积要小

一个EasyPACK 2B 1200V 100A六单元IGBT模块，周长20cm，占板面积27cm²，很小，在四周要安排布置6路驱动和4-6路隔离电源并不容易，如果需要正负电源就更复杂。

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电力电子系统需要满足相应的安规和绝缘配合标准，保证合规的爬电距离和电气间隙，这使得PCB面积更捉襟见肘。

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对于中大功率的功率模块，驱动板会放在模块上方，会受热和直面较强的电磁干扰。

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微沟槽IGBT7的QG也比较大，需要更大功率的驱动电源。

这就需要一个集成度高，外围器件少，功率密度高的DCDC辅助电源方案，减小线路板面积，这对避免受干扰，提高可靠性也有帮助。这是开发EiceDRIVER Power 2EP系列的背景。

2EP100R是全桥变压器驱动器集成电路，频率调节范围50至695kHz，占空比从10%到50%可调，可产生正负非对称输出电压，为隔离型栅极驱动器提供正负电源，在15V输入，+15V/-7.5V输出时，典型功率为5W，如果提高输入电压和占空比，输出功率可望达到13W。2EP还集成了可调节过流阈值、输出短路保护、过温保护和UVLO保护等功能，使得驱动电路能正常可靠工作。

基本电路框图

从管脚6和7的内部电路可以看出，这是一颗全桥驱动器，除了低压、过温、平均电流和峰值电流检测和保护的功能外，振荡器和占空比有精度保证，还带有预充电、软启动功能。

典型应用电路

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全桥整流

选择50%占空比，次级通过全桥整流就能实现单电源输出，当变压器匝数比2.5:1时，输出电压为+5V，优点是输出纹波小，缺点是需要四个二极管，每半周都需要流过两个二极管，两倍的整流二极管损耗，尤其当输出电压低的时候静态损耗占比大。

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倍压整流

倍压整流比较容易设计，只要选择50%占空比，变压器匝数比1.8:1，次级通过倍压整流就能实现正负输出比固定为2:1，即15V和负-7.5V，这电压对于中功率IGBT模块驱动非常友好。

单绕组输出的倍压整流会在变压器上引入不对称负载电流，这些不对称电流在输入端的电阻性元件上产生不对称压降，其结果是变压器正负电压的电压和时间乘积不相等，这将导致变压器磁芯的B-H曲线上的工作点发生偏移，变压器会部分饱和。

解决方法是在次级倍压整流的输入端串联电容器。更多的驱动电路实际上需要2-4-6路，双数绕组输出的变压器，只要将一对倍压整流的变压器同名端相反连接，由于一般情况下各个路负载相等，这样就可以平衡变压器，可能不需要串联电容器。

倍压整流原理和设计请参考评估板EVAL-2EP130R-VD带双输出倍压整流的2EP130R变压器驱动器评估板的应用手册，需要购买评估板和索取PCB参考文件等请填写表单。

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峰值整流

峰值整流可以通过调节占空比，实现宽范围的正负隔离输出电压。

2EP占空比10%-50%可调，使得正负输出比范围为11，而变压器初次级绕组匝数比决定输出正负电压值，可以方便匹配IGBT、SiC MOSFET驱动电路设计需要。

由于占空比可能不是50%，电压波形的不对称占空比就会产生直流分量，造成变压器直流偏置从而饱和，所以我们需要在初级绕组串联一个隔直电容。

例子中，占空比DC取33%，变压器匝比TTR=1.25，所以输出电压是+15V/-7.5V，与倍压整流一致。峰值整流把隔直电容从初级移到次级，避免变压器饱和问题，器件也少，更推荐。

改变参数，DC=22%，TTR=1.5，输出电压是+15V/-4V，适合SiC MOSFET。

改变参数，DC=14%，TTR=1.4，输出电压是+15V/-2.5V，适合SiC MOSFET。

总结

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对于IGBT驱动一般可以采用+15/-15V和+15V/-7.5V或+15V单电源驱动，DCDC电路可以采用全桥整流、全波整流和倍压整流，这些电路设计简单，容易实现。

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对于SiC MOSFET，不推荐用太低的负压，对于IGBT来说，合理选择负压也可以减小驱动功率，尤其是新一代微沟槽IGBT的栅极电荷QG比较大，需要驱动功率也大，减小负压有积极意义。

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实现任意负压建议采用峰值整流，2EP占空比10%-50%可调，使得正负输出比范围为11，而变压器初次级绕组匝数比决定输出正负电压值，可以方便匹配IGBT、SiC MOSFET驱动电路设计需要。

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峰值整流原理和设计比较复杂，请参考评估板EVAL-2EP130R-PR和EVAL-2EP130R-PR-SIC的应用手册。需要购买评估板和索取PCB设计文件等请填写表单。

a) EVAL-2EP130R-PR：2EP130R变压器驱动器评估板，具有双输出峰值整流和可定制的输出电压，适用于MOSFETS和IGBT。

b)EVAL-2EP130R-PR-SIC：用于SiC MOSFET的双输出峰值整流2EP130R变压器驱动器评估板。