主功率模塊架構(gòu)分析與驅(qū)動(dòng)IC選型錦囊

能量單向主功率變換器模塊

小功率便攜儲(chǔ)能(200W~600W)的主功率變換器拓?fù)浼軜?gòu)如下圖所示。電池充電與電池放電采用獨(dú)立模塊實(shí)現(xiàn)，能量在開關(guān)變換器中只能單向流動(dòng)。

1. AC-DC charger用于將市電能量轉(zhuǎn)移至電池組，對(duì)電池充電。拓?fù)浼軜?gòu)為反激變換器，控制芯片可采用PN8213，因功率較小不需要專用驅(qū)動(dòng)芯片;

2. DC-DC converter用于將電池電壓隔離并升壓，拓?fù)浼軜?gòu)為推挽變換器，驅(qū)動(dòng)芯片推薦雙通道低側(cè)驅(qū)動(dòng)PN7762；

3. DC-AC inverter用于將高壓直流逆變成交流市電，拓?fù)浼軜?gòu)為全橋逆變器，通常采用MCU作為主控，驅(qū)動(dòng)芯片優(yōu)選電平移位半橋驅(qū)動(dòng)PN7113。

PN7762 驅(qū)動(dòng)芯片簡(jiǎn)介

PN7762是一款雙通道低側(cè)驅(qū)動(dòng)器，具有以下亮點(diǎn)：

VDD供電范圍4.5V~24V，所有管腳耐壓均大于24V，超高可靠性

兩通道延時(shí)匹配佳，典型值1ns

傳播延時(shí)低，典型值22ns

驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，5A拉灌電流能力

具有外部使能功能，EN為低電平時(shí)關(guān)閉OUT

PN7113 驅(qū)動(dòng)芯片簡(jiǎn)介

PN7113是一款基于電平移位技術(shù)的半橋驅(qū)動(dòng)器，具有以下亮點(diǎn)：

浮地側(cè)耐壓大于600V，適用于400V直流母線應(yīng)用

抗干擾能力強(qiáng)，CMTI大于50kV/μs，Vs負(fù)壓能力-8V

兩通道延時(shí)匹配佳，小于30ns

傳播延時(shí)低，典型值130ns

驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，2.5A拉灌電流能力

能量雙向主功率變換器模塊

中大功率便攜儲(chǔ)能(600W~3000W)的主功率變換器拓?fù)浼軜?gòu)如下圖所示，能量在開關(guān)變換器中可雙向流動(dòng)：S1閉合能量從市電流向電池，電池充電；S1斷開能量從電池流向負(fù)載，電池放電。

1. 電池充電模式：Converter I工作在PWM整流器模式，實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正并產(chǎn)生高壓直流母線；Converter II為L(zhǎng)LC諧振變換器，開環(huán)工作于諧振點(diǎn)，整個(gè)變換器近似等價(jià)為直流變壓器(DCX)，產(chǎn)生低壓直流母線；Converter III工作在Buck變換器模式，對(duì)電池進(jìn)行充電。

2. 電池放電模式：Converter III工作在Boost變換器模式，用于將電池電壓升壓至低壓直流母線；Converter II為L(zhǎng)LC諧振變換器，開環(huán)工作于諧振點(diǎn)，整個(gè)變換器近似等價(jià)為直流變壓器(DCX)，產(chǎn)生高壓直流母線；Converter III工作在全橋逆變器模式，將高壓直流母線逆變成交流市電，為電子設(shè)備供電。

驅(qū)動(dòng)芯片在能量雙向主功率變換器中如何選取？以一個(gè)H橋?yàn)槔f明如下：

優(yōu)選方案一

當(dāng)MCU控制器與功率變換器共地，可選擇兩顆基于電平移位技術(shù)的半橋驅(qū)動(dòng)芯片，根據(jù)母線電壓選擇驅(qū)動(dòng)芯片：低壓直流母線選取150V耐壓驅(qū)動(dòng)芯片PN7011，高壓直流母線選取600V耐壓驅(qū)動(dòng)芯片PN7113。

備選方案

當(dāng)MCU控制器與功率電路共地，可選取兩顆單通道隔離驅(qū)動(dòng)PN7901M和一顆雙通道低側(cè)驅(qū)動(dòng)PN7762。

優(yōu)選方案二

當(dāng)MCU控制器與功率變換器不共地，可選擇兩顆基于容隔離技術(shù)的半橋驅(qū)動(dòng)芯片PN7921（或四顆單通道隔離驅(qū)動(dòng)PN7903）。

PN7011 驅(qū)動(dòng)芯片簡(jiǎn)介

PN7011是一款基于電平移位技術(shù)的半橋驅(qū)動(dòng)器，具有以下亮點(diǎn)：

浮地側(cè)耐壓大于150V，適用于120V直流母線應(yīng)用

抗干擾能力強(qiáng)， CMTI大于50kV/μs

兩通道延時(shí)匹配佳，典型值3ns

傳播延時(shí)低，典型值30ns

驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，4A拉灌電流能力

PN7921 驅(qū)動(dòng)芯片簡(jiǎn)介

PN7921是一款基于OOK調(diào)制的容隔離雙通道驅(qū)動(dòng)器，具有以下亮點(diǎn)：

寬體SOP16封裝，隔離電壓大于5700V?

抗干擾能力強(qiáng)， CMTI大于150kV/μs

兩通道延時(shí)匹配佳，小于2ns

傳播延時(shí)低，典型值44ns

驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，4A/8A拉灌電流能力

PN7903 驅(qū)動(dòng)芯片簡(jiǎn)介

PN7903是一款基于OOK調(diào)制的容隔離單通道驅(qū)動(dòng)器，具有以下亮點(diǎn)：

寬體SOP6封裝，隔離電壓大于5700V?

抗干擾能力強(qiáng)， CMTI大于150kV/μs

傳播延時(shí)低，典型值70ns

脈寬畸變失真小，小于35ns

驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，4.5A/5.3A拉灌電流能力

PN7901M 驅(qū)動(dòng)芯片簡(jiǎn)介

PN7901M是一款帶米勒鉗位的容隔離單通道柵極驅(qū)動(dòng)芯片 ，具有以下亮點(diǎn)：

采用SOP8封裝，輸入輸出隔離電壓大于2500V

電源電壓范圍寬：

VCC1：3.1V～24V，VCC2：13V～24V

驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，5A拉灌電流能力

帶米勒鉗位功能，3A拉電流能力

抗干擾能力強(qiáng)， CMTI高達(dá)150kV/μs

外部驅(qū)動(dòng)電阻設(shè)計(jì)

含寄生參數(shù)的功率MOSFET及其驅(qū)動(dòng)電路如下圖所示，其中Rup和Rlow為驅(qū)動(dòng)芯片輸出級(jí)上管和下管導(dǎo)通電阻，Rg為外部驅(qū)動(dòng)電阻，Rgi為功率器件內(nèi)部柵極電阻，Ls為柵極寄生電感，Cgs、 Cgd、 Cds為功率管的柵源、柵漏、漏源之間的寄生電容。

該電路可進(jìn)一步簡(jiǎn)化為：

外部驅(qū)動(dòng)電阻Rg選取依據(jù)：

備注：Q為Req、Ls、Ciss形成的串聯(lián)諧振電路的品質(zhì)因數(shù)。

通過調(diào)節(jié)外部驅(qū)動(dòng)電阻Rg，使得品質(zhì)因數(shù)Q介于0.5（臨界阻尼）到1（欠阻尼）之間。

審核編輯：湯梓紅