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基于GaN器件双Buck逆变器(六)GaN驱动电路的设计

根据上一章可以知道,GS66502B的最佳驱动电压为6V。由于之前做过MOSFET的逆变器,采用IR2110的驱动芯片的自举驱动电路。

经典自举驱动

IR2110驱动全桥电路采用自举式驱动原理如下,图中C10和D3分别为自举电容和自举二极管,C4为VCC的滤波电容。假定在HO输出高电平时C10已经冲到足够的电压。当HO输出为高电平时,VM1开通,VM2关断,电容储存的能量通过VM1,S1的栅极和源极形成的回路放电,这是C10相当于一个电源,使S1导通。由于Ho和Lo是一对互补输入信号,此时LO为低电平,VM3关断,VM4开通,这是聚集在S2栅极与源极之间的电荷通过VM4迅速放电使S2关断。

当HO输出为低电平时,VM1关断,VM2导通,这时聚集在s1栅极和源极之间的电荷通过,VM2迅速放电使S1关断。LO为高电平,VM3导通,VM4关断使Vcc经过VM3,S2个栅极和源极形成回路,使S2开通,同时VC经自举二级管D3,自举电容C10,S2形成回路,对C10进行充电,迅速为C10补充能量,如此反复循环。

自举驱动的弊端

自举驱动是通过电容和二极管将驱动电压抬升,来驱动S极(源极电压)不为0的开关管,也可以是MOSFET管进行高端驱动/悬浮电压驱动。因为电容需要通过另一个开关管进行放电,自举驱动电路只适应于互补开通的桥式电路。因为课题需要以后可能要对调制策略进行研究,故自举驱动电路不适合。后来查资料发现,由于IR2110是为MOSFET驱动的,在驱动电压,开关速度等方面都不符合GaN。

GaN驱动芯片

在网上查阅资料,发现有专门为GaN驱动的芯片。其中主要有两个注意的点。

1.隔不隔离

如果隔离输入信号可直接驱动

如果不隔离需要单独加上隔离芯片

注:隔离前后的电源和地是绝对不可以相连的,因此驱动电路通常在采用一个输入,通过一个隔离的直流电源模块将电压进行隔离用于隔离后的供电。此应用还有一个好处就是利用隔离的直流电源模块可以将电压隔离的同时也可以将电压进行转换成,隔离后的电压。比如隔离前的电压用于芯片供电15V,GaN的驱动电压为6V,因此隔离后的电压为6V,此时就需要一个15V转6V的直流电压模块。

2.单端驱动/双端驱动

单端驱动分为低端驱动和高端驱动。

双端驱动有也分为双端单独驱动和桥式驱动。

桥式驱动就类似于IR2110.

双端单独驱动可以看成是两个高端驱动,两个驱动独立工作,都可以驱动低端,也都可以驱动高端,自由度比较高。芯科科技的SI8273

举例GaN驱动芯片:

1.TI的LM5114   不隔离的低端驱动芯片

LM5113   不隔离桥式驱动

2.双端独立隔离驱动

驱动电路的设计

最终的驱动板主要有三个部分:

1. 3.3V转5V的电平转换电路

2. 金升阳的电压转换电路  F-XT-1WR2

3.芯科科技的隔离驱动芯片Si8273

参考资料:

1.氮化镓功率器件驱动特性的研究:刘武扬

2.GaN systems提供的PPT

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  • 天赐时间 2020-10-15 09:40
    感谢分享
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  • Fourier 2020-09-22 09:08
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