Двухканальный драйвер силовых ключей с параллельным резонансом в цепи затвора
Аннотация
Рассмотрена известная схема одноканального драйвера силовых ключей с параллельным резонансом в цепи затвора (PRD), а также указаны его достоинства и недостатки в сравнении с традиционными драйверами. Предложен и описан новый вид PRD- драйверов для управления полевыми, комбинированными и составными транзисторами. Указанный драйвер обеспечивает противофазное управление двумя МОП-транзисторами (типа металл–оксид–полупроводник) с индуцированными каналами и может быть использован в перспективных статических преобразователях мегагерцового диапазона. Двухканальный PRD-драйвер обладает рядом преимуществ перед драйверными схемами, предложенными ранее. В сравнении с традиционными драйверами он позволяет значительно уменьшить потери на управление и повысить частоту коммутации. По сравнению с квазирезонансными схемами — значительно уменьшить выходную мощность и стоимость полупроводникового усилителя. В сравнении с одноканальными драйверами были улучшены эксплуатационные характеристики и стабильность работы за счет применения контурной катушки индуктивности с тремя обмотками и взаимной компенсации нелинейности входных емкостей транзисторов. Нелинейность компенсирована за счет противофазного включения входных емкостей транзисторов в связанные колебательные контуры. Данный подход позволяет обеспечить форму напряжения на затворах, близкую к синусоидальной. Коэффициент заполнения для каждого из ключей несколько меньше 1/2. Предлагаемая схема гарантирует наличие мертвого времени между открытием ключей под управлением одного драйвера и высокую помехоустойчивость. К недостаткам двухканального PRD-драйвера можно отнести: фиксированную скважность, сравнительно большое время переключения и влияние параметров силовой цепи на работу схемы. По этой причине рекомендуется применение PRD-драйверов в резонансных преобразователях мегагерцового диапазона с фазовым и дискретным управлением. Представлена функциональная схема мостового преобразователя с фазовым управлением и двухканальными PRD-драйверами. Даны рекомендации по выбору элементов. Основная область применения предлагаемых драйверов — построение малогабаритных преобразователей с высокой удельной мощностью для носимых устройств и электротранспорта.
Литература
2. Warren J.R. Cell Modulated DC/DC Converter. Massachusetts Institute of Technology, 2005.
3. Sagneri A. Design of a Very High Frequency DC-DC Boost Converter. Massachusetts Institute of Technology, 2007.
4. Warren J.R., Rosowski K.A., Perreault D.J. Transistor Selection and Design of a VHF DC-DC Power Converter // IEEE Trans. Power Electronics. 2008. V. 23. No. 1. Pp. 27—37.
5. Pilawa-Podgurski R. e. a. Very-high-frequency Resonant Boost Converters // IEEE Trans. Industrial Electronics. 2009. V. 24. No. 6. Pp. 1654—1665.
6. Gu L. e. a. 27.12MHz GaN bi-directional Resonant Power Converter // IEEE 16th Workshop. 2015. P. 6.
7. Rivas J.M. e. a. New Architectures for RadioFrequency DC–DC Power Conversion // IEEE Trans. Industrial Electronics. 2006. V. 21. No. 2. Pp. 380—393.
8. Balogh L. Design and Application Guide for High Speed MOSFET Gate Drive Circuits [Электрон. ресурс] http://www.radio-sensors.se/download/gate-driver2.pdf (дата обращения 03.06.2016)
9. Pelly B.R. Используйте величину заряда затвора при проектировании схемы драйвера затвора мощных МОП ПТ и БТИЗ (AN-944A) // International Rectifier [Электрон. ресурс] http://irf.ru/techdoc/an-944.pdf (дата обращения 27.08.2016)
10. Cheng Z., Ling C.H. Gate-channel Capacitance Characteristics in the Fully-depleted SOI MOSFET // IEEE Trans. Electron Devices. 2001. V. 48. No. 2. Pp. 388—391.
11. Krom R.T. Gate-to-channel Parasitic Capacitance Minimization and Source-drain Leakage Evaluation in germanium PMOS. N.-Y.: Rochester Institute of Technology, 2008.
12. Rivas J.M. e. a. Design Considerations for Very High Frequency DC-DC Converters // Proc. IEEE 37th Annual Power Electronics Specialists Conf. Jeju (Korea), 2006. Pp. 2287—2297.
---
Для цитирования: Смирнов Д.С. Двухканальный драйвер силовых ключей с параллельным резонансом в цепи затвора // Вестник МЭИ. 2018. № 1. С. 59—66. DOI: 10.24160/1993-6982-2018-1-59-66.
#
1. Lim S., Otten D.M., Perreault D.J. New AC-DC Power Factor Correction Architecture Suitable for High Frequency Operation. IEEE PELS. 2016;31;4:2937—2949.
2. Warren J.R. Cell Modulated DC/DC Converter. Massachusetts Institute of Technology, 2005.
3. Sagneri A. Design of a Very High Frequency DC-DC Boost Converter. Massachusetts Institute of Technology, 2007.
4. Warren J.R., Rosowski K.A., Perreault D.J. Transis- tor Selection and Design of a VHF DC-DC Power Conver- ter. IEEE Trans. Power Electronics. 2008;23;1:27—37.
5. Pilawa-Podgurski R. e. a. Very-high-frequency Resonant Boost Converters. IEEE Trans. Industrial Electronics. 2009;24;6:1654—1665.
6. Gu L. e. a. 27.12MHz GaN bi-directional Resonant Power Converter. IEEE 16th Workshop. 2015:6.
7. Rivas J.M. e. a. New Architectures for Radio- Frequency DC–DC Power Conversion. IEEE Trans. Industrial Electronics. 2006;21;2:380—393.
8. Balogh L. Design and Application Guide for High Speed MOSFET Gate Drive Circuits [Elektron. Resurs] http://www.radio-sensors.se/download/gate-driver2.pdf (Data Obrashcheniya 03.06.2016)
9. Pelly B.R. Ispol'zuyte Velichinu Zaryada Zatvora pri Proektirovanii Skhemy Drayvera Zatvora Moshchnyh MOP PT i BTIZ (AN-944A). International Rectifier [Elektron. Resurs] http://irf.ru/techdoc/an-944.pdf (Data Obrashcheniya 27.08.2016) (in Russian).
10. Cheng Z., Ling C.H. Gate-channel Capacitance Characteristics in the Fully-depleted SOI MOSFET. IEEE Trans. Electron Devices. 2001;48;2:388—391.
11. Krom R.T. Gate-to-channel Parasitic Capacitance Minimization and Source-drain Leakage Evaluation in germanium PMOS. N.-Y.: Rochester Institute of Technology, 2008.
12. Rivas J.M. e. a. Design Considerations for Very High Frequency DC-DC Converters. Proc. IEEE 37th Annual Power Electronics Specialists Conf. Jeju (Korea), 2006:2287—2297.
---
For citation: Smirnov D.S. A Two-Channel Power Switch Driver with Parallel Resonance in the Gate Circuit. MPEI Vestnik. 2018; 1:59—66. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2018-1-59-66.
