PCB Tecnico - Che cosa è l'uso del driver del cancello nella progettazione del circuito PFC

Per creare un circuito PFC passivo, è necessario utilizzare componenti passivi come condensatori e induttori per aumentare l'angolo di conduzione corrente e regolare l'impulso per ridurre la distorsione armonica della corrente. Questo metodo è semplice e affidabile, ma quando la potenza è alta, le dimensioni e il costo dei componenti passivi diventeranno un grosso problema. Il fattore di potenza (PF) ottenuto dalla progettazione passiva del PFC può raggiungere solo 0,9 e sarà influenzato dalla frequenza, dai cambiamenti di carico e dalla tensione di ingresso.

Diverse topologie possono essere utilizzate per implementare circuiti PFC attivi, come boost PFC (noto anche come PFC tradizionale), dual boost bridge PFC e totem pole bridge PFC. Ogni topologia contiene un numero diverso di componenti attivi e ha i suoi vantaggi e svantaggi. Quando si progetta un PFC, si dovrebbe considerare l'efficienza e la potenza nominale di ciascuna topologia,

e quindi decidere quale tipo di controller utilizzare. Tuttavia, la parte che molti progettisti trascurano è il driver del gate collegato al controller switching FET. Il driver gate è troppo comune per essere notato, ma il driver gate svolge un ruolo importante nelle prestazioni del sistema.

Il driver gate è essenzialmente un amplificatore che utilizza la minore perdita di commutazione per aumentare il segnale logico ad un segnale ad alta corrente e ad alta tensione per accendere e spegnere rapidamente il MOSFET o IGBT. Allo stesso modo con le cose legate alla birra, l'interruttore MOSFET o IGBT è come la maniglia di un rubinetto di birra, il gate drive è come i muscoli della mano del barista e il controller è come il cervello del barista. L'abilità del barista e la qualità del manico del rubinetto influenzeranno la quantità effettiva di birra che può essere ottenuta nel bicchiere.

Nel circuito PFC, il driver del cancello commuta i transistor nella fase di spinta per regolare la corrente, costringendo la corrente a mantenere la stessa fase della tensione sinusoidale. Quindi, come influisce il driver del gate sulle prestazioni del circuito PFC? Diversi parametri e funzioni svolgono un ruolo fondamentale:

Corrente di azionamento.

Sebbene non tutte le applicazioni richiedano un'unità di corrente forte (grandi correnti transitorie possono causare problemi di interferenza elettromagnetica (EMI), le applicazioni di potenza superiore richiederanno un'unità di corrente più forte per guidare simultaneamente transistor a effetto campo multipli (FET). Pertanto, l'elevata corrente di azionamento offre flessibilità per un'ampia gamma di applicazioni di potenza.

Caratteristiche di commutazione.

Compreso ritardo di propagazione, corrispondenza di ritardo e tempi di aumento e caduta del segnale. Il tempo di commutazione influenzerà notevolmente la velocità dell'interruttore di alimentazione, rendendo il controllo più prevedibile e preciso. La corrispondenza a breve ritardo riduce anche il rischio di guasti e semplifica la progettazione.

Funzione interblocco.

La protezione contro le rotture, nota anche come funzione interblocco, è molto importante in alcune applicazioni che utilizzano circuiti semiconduttori o full-bridge. Nel PFC a palo totem, due interruttori di alimentazione (un FET lato alto e un FET lato basso) si accendono e si spengono alternativamente. Se i due interruttori sono accesi contemporaneamente, la corrente fluirà attraverso i due FET, il che potrebbe danneggiare il sistema. La funzione di interblocco può prevenire la rottura, spegnere entrambi i FET e accendere uno di loro in breve tempo. Come descritto in Texas Instrumentsâ€*"GaN FET-based CCM Totem Pole Bridgeless PFC" power supply design paper, questo progetto utilizza due MOSFET al silicio e due transistor ad alta mobilità elettronica del nitruro di gallio (GaN) per ridurre la perdita di Conduzione. Sono necessari due driver: un driver semi-ponte aziona MOSFET convenzionali in silicio, e l'altro driver semi-ponte aziona transistor GaN. Lo stadio di alimentazione GaN 600V LMG3410 di TI integra driver a ponte e transistor GaN in un unico pacchetto, riducendo ulteriormente il consumo energetico e migliorando l'EMI. Per guidare il FET in silicio, un driver a ponte con funzione di interblocco migliora l'affidabilità del progetto.

Poiché sempre più normative nazionali impongono una maggiore efficienza, i PFC saranno utilizzati sempre di più in varie applicazioni. La scelta saggia di topologie e componenti può rendere il PFC più efficiente e soddisfare la domanda. E non dimenticare l'autista del cancello, i muscoli delle mani del barista.

L'importanza dei driver di gate è ormai compresa, ma il cervello gioca un ruolo più importante nella progettazione dei circuiti PFC.