Leiterplattentechnisch - Was ist der Gebrauch von Gate-Treiber im PFC-Schaltungsdesign

Um eine passive PFC-Schaltung zu erstellen, ist es notwendig, passive Komponenten wie Kondensatoren und Induktoren zu verwenden, um den Stromleitungswinkel zu erhöhen und den Impuls zu glätten, um die harmonische Verzerrung des Stroms zu reduzieren. Diese Methode ist einfach und zuverlässig, aber wenn die Leistung hoch ist, werden Größe und Kosten der passiven Komponenten zu einem großen Problem. Der Leistungsfaktor (PF), der durch passives PFC-Design erhalten wird, kann nur 0.9 erreichen, und er wird durch Frequenz, Laständerungen und Eingangsspannung beeinflusst.

Verschiedene Topologien können verwendet werden, um aktive PFC-Schaltungen zu implementieren, wie Boost-PFC (auch bekannt als traditionelles PFC), Dual-Boost-brückenloses PFC und Totem-Pol-brückenloses PFC. Jede Topologie enthält eine andere Anzahl aktiver Komponenten und hat ihre eigenen Vor- und Nachteile. Bei der Auslegung eines PFC sollte man die Effizienz und Leistungsbewertung jeder Topologie berücksichtigen,

und dann entscheiden, welche Art von Controller verwendet werden soll. Der Teil, den viele Designer übersehen, ist jedoch der Gate-Treiber, der an den Controller angeschlossen ist, der FET schaltet. Der Gate-Treiber ist zu häufig, um bemerkt zu werden, aber der Gate-Treiber spielt eine wichtige Rolle in der Systemleistung.

Der Gate-Treiber ist im Wesentlichen ein Verstärker, der den geringsten Schaltverlust verwendet, um das Logiksignal auf ein Hochstrom- und Hochspannungssignal zu erhöhen, um den MOSFET oder IGBT schnell ein- und auszuschalten. Ähnlich mit Bier-bezogenen Dingen ist der Netzschalter MOSFET oder IGBT wie der Griff eines Bierhahns, der Torantrieb ist wie die Muskeln der Hand des Barkeepers und der Controller ist wie das Gehirn des Barkeepers. Die Fertigkeit des Barkeepers und die Qualität des Zapfens beeinflussen die tatsächliche Menge an Bier, die im Glas erhalten werden kann.

In der PFC-Schaltung schaltet der Gate-Treiber die Transistoren in der Boost-Stufe, um den Strom einzustellen, wodurch der Strom gezwungen wird, die gleiche Phase wie die Sinuswellenspannung beizubehalten. Wie wirkt sich der Gate-Treiber also auf die Leistung des PFC-Schaltkreises aus? Mehrere Parameter und Funktionen spielen eine entscheidende Rolle:

Antriebsstrom.

Obwohl nicht jede Anwendung einen starken Stromantrieb erfordert (große transiente Ströme können Probleme mit elektromagnetischen Störungen verursachen), erfordern Anwendungen mit höherer Leistung einen stärkeren Stromantrieb, um gleichzeitig mehrere Feldeffekttransistoren (FET) anzutreiben. Der hohe Antriebsstrom bietet somit Flexibilität für eine Vielzahl von Leistungsanwendungen.

Schalteigenschaften.

Einschließlich Ausbreitungsverzögerung, Delay Matching sowie Signalauf- und -fallzeiten. Die Schaltzeit wirkt sich stark auf die Geschwindigkeit des Netzschalters aus, wodurch die Steuerung vorhersehbarer und genauer wird. Kurze Verzögerungen reduzieren zudem das Risiko eines Ausfalls und erleichtern die Konstruktion.

Interlock-Funktion.

Der Ausfallschutz, auch als Verriegelungsfunktion bekannt, ist in einigen Anwendungen, die Halbbrücken- oder Vollbrückenschaltungen verwenden, sehr wichtig. Im Totempol PFC schalten sich abwechselnd zwei Leistungsschalter (ein High-Side FET und ein Low-Side FET) ein und aus. Wenn die beiden Schalter gleichzeitig eingeschaltet werden, fließt Strom durch die beiden FETs, was das System beschädigen kann. Die Verriegelungsfunktion kann einen Ausfall verhindern, beide FETs ausschalten und eines davon in kurzer Zeit einschalten. Wie im Seminar "GaN FET-based CCM Totem Pole Bridgeless PFC" beschrieben, verwendet dieses Design zwei Silizium-MOSFETs und zwei Galliumnitrid (GaN) Transistoren mit hoher Elektronenmobilität (HEMT), um Leitungsverluste zu reduzieren. Es werden zwei Treiber benötigt: ein Halbbrückentreiber treibt konventionelle Silizium-MOSFETs an, der andere Halbbrückentreiber treibt GaN-Transistoren an. Die 600V LMG3410 GaN-Leistungsstufe von TI integriert Brückentreiber und GaN-Transistoren in einem Gehäuse, wodurch der Stromverbrauch weiter reduziert und die EMI verbessert wird. Um den Silizium-FET anzutreiben, verbessert ein Brückentreiber mit Verriegelungsfunktion die Zuverlässigkeit des Designs.

Da immer mehr länderspezifische Vorschriften eine höhere Effizienz vorschreiben, wird PFC immer häufiger in verschiedenen Anwendungen eingesetzt. Die kluge Wahl von Topologien und Komponenten kann PFC effizienter machen und die Nachfrage decken. Und vergessen Sie nicht den Torfahrer – die Muskeln der Hände des Barkeepers.

Die Bedeutung von Gate-Treibern ist inzwischen bekannt, aber das Gehirn spielt eine wichtigere Rolle beim PFC-Schaltungsdesign.