Auswahl einer geeigneten Stromversorgung für einen MOSFET-Treiberchip

Ich möchte den TC4427-MOSFET-Treiberchip verwenden, um den Strom durch den IGBT AUIRG4PH50S zu schalten, der mit einer ohmschen Last in Reihe geschaltet wird. Die Stromversorgung, die den Hauptstrom durch die Last liefert, liegt bei etwa 1 V und 100 A. Ein weiteres Detail ist, dass ich bis zu x8 IGBTs (jeweils mit eigenem TC4427) parallel haben möchte, um höhere Gesamtströme durch die Hauptlast zu bewältigen. Alle x8 dieser IGBTs werden dann gleichzeitig geschaltet. Die Last wird nur etwa einmal pro Sekunde geschaltet.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Der TC4427 treibt das Gate des IGBT im eingeschalteten Zustand auf +15 V, und daher muss ich eine +15-V-Versorgung wählen, um den VDD-Pin des TC4427 mit Strom zu versorgen. Um die Versorgung von anderen Teilen der Schaltung zu isolieren, möchte ich, dass diese +15-V-Versorgung ein isolierender DCDC-Wandler ist (diese DCDC-Wandler-Stromversorgung ist von derjenigen getrennt, die den Hauptstrom durch die Last liefert, obwohl sie dieselbe Masse teilen. )

Meine Frage ist, wie man die Leistungsfähigkeit dieses DCDC-Wandlers in Watt wählt? Das Datenblatt für den TC4427 gibt einen Spitzenausgangsstrom von 1,5 A an. Bedeutet dies, dass der +15-V-DCDC-Wandler während des Schaltvorgangs P = (1,5 A x 15 V) = 22,5 W für jeden IGBT bereitstellen muss? Oder müsste ich den tatsächlichen Stromausgang des Treibers basierend auf der Gate-Kapazität dieses bestimmten IGBT-Modells irgendwie berechnen?

Ich schaue mir etwas wie das XP Power JSM1012S15 (10 W, 670 mA Ausgang) an, bin mir aber nicht sicher, ob das ausreicht oder für diese Anwendung völlig übertrieben ist. Datenblatt ist hier: https://www.xppower.com/fr/Product/JSM10-Series

Eine Anleitung zur Berechnung dieser Dinge wäre großartig.

Bearbeiten: Ich habe später eine nützliche Referenz für eine Aufschlüsselung der verschiedenen Leistungsaufnahmen eines MOSFET-Treibers gefunden: Vermeidung von Überlastung des MOSFET-Treibers http://ww1.microchip.com/downloads/en/AppNotes/01327A.pdf

Funktioniert der IGBT überhaupt bei EINEM VOLT? Und wenn es funktioniert, wie SCHNELL? Platzieren Sie in Bezug auf die GateDriver eine Bypass-Kappe mit einem Wert von 0,1 uF innerhalb von 1 Millimeter des IC. Und verwenden Sie eine GroundPlane ohne Schlitze. Verwenden Sie keine Sockel für den IC.
Sie haben Recht, im Datenblatt steht VCE (on) ~ 1,5 V, also werde ich hier am Ende wahrscheinlich ein paar Volt haben.

Antworten (1)

Das Ansteuern von FETs oder IGBTs ist das effektive Laden und Entladen eines Kondensators, unabhängig von Ihrer Schaltfrequenz. Je schneller Sie die Gate-Kapazität laden und entladen, desto effizienter ist der Schalter, da es eine kürzere Periode der teilweisen Leitfähigkeit gibt.

Jeder FET oder IGBT hat eine Ladung in Coulomb, die für das Gate bei unterschiedlichen Ansteuerspannungen aufgeführt ist. Typischerweise gibt es eine Handlung wie unten. Angesichts der Tatsache, dass Sie ~ 15 V in das Gate Ihres AUIRG4PH50S-IGBT treiben, müssen Sie bei jeder Ladung und Entladung diese Ladungsmenge bewegen.

Q = 130 N C

                                        Gate-Charge-Diagramm

Da der Verstärker wie folgt definiert ist, wird die Mathematik sehr einfach.

1 A M P = 1 C 1 S e C

Der durchschnittliche Strom, den Ihr Treiber verwendet, ist Ihre Schaltfrequenz multipliziert mit der in jeder Periode bewegten Ladungsmenge. Für Ihre Anwendung mit einer Schaltfrequenz von 1 Hz verwenden Sie ~ 1 Hz * 130 nC = 130 nA pro IGBT.

ICH A v G = F S w ∗ Q G

Der Spitzenstrom, den Ihr Treiber verwendet, ist nur das Ohmsche Gesetz. Sie haben einen Widerstand in Ihrem Antrieb sowie einen Vorwiderstand mit dem Gate und einen gewissen dynamischen Gate-Widerstand im IGBT, der häufig im Datenblatt angegeben ist. Abhängig von den Spannungen über dem Transistor und der Miller-Kapazität usw. gibt es einige Komplexitäten auf höherer Ebene. Für eine gute Annäherung erster Ordnung können Sie einfach den Vorwiderstand verwenden, den Sie zwischen dem Treiber und dem Gate haben. Im Moment sieht das nach nichts aus, aber Sie sollten erwägen, etwas hinzuzufügen, um den Treiber zu schützen, das Klingeln zu reduzieren und die Steuerung der Anstiegsgeschwindigkeit des Transistors zu ermöglichen (wie schnell er ein- und ausschaltet, um EMV, Klingeln usw. zu steuern).

ICH P k ≈ v D R ich v e R / R G

Weitere Hinweise:

  1. IGBTs haben einen konstanten Spannungsabfall von ~1-2 Volt, daher sind sie für Niederspannungsanwendungen wie diese nicht gut. Verwenden Sie stattdessen einen FET.

  2. Während Ihr durchschnittlicher Treiberstrom sehr niedrig ist, benötigen Sie viel Kapazität auf der Treiberplatine, um die großen (über 10 Ampere) zu puffern, die sich anhören, als würden Sie für die wenigen Nano- oder Mikrosekunden ziehen, die zum Laden und Entladen Ihrer Gates erforderlich sind beim Schalten.

Da ich einmal pro Sekunde oder alle 10 Sekunden oder so schalten werde, ist es im Wesentlichen nur ein einziger Stromimpuls zum Gate?
Ja, obwohl es ein großer Impuls sein wird, wird er kurz sein und durch Kondensatoren an Ihrer Versorgung gepuffert werden ... Sie können also eine ziemlich kleine Versorgung haben.
Danke @MadHatter. So kann ich einen Gate-Widerstand von beispielsweise jeweils 10 Ohm plus die Ausgangsimpedanz des TC4427 (7 Ohm) hinzufügen, was einen Spitzenstrom von 15 V / 17 Ohm = ~ 900 mA / IGBT ergibt. Sie sagen, dass dieser Strom hauptsächlich von Reservoirkappen am VDD-Pin jedes TC4427 bereitgestellt werden sollte? Wenn ja, gibt es eine grobe Berechnung, mit der ich die Größe jeder Kappe abschätzen kann, die erforderlich ist, um dies bereitzustellen? Müssen einfach mindestens 150 nC auf jeder Kappe gespeichert werden, sodass mindestens C = 150 nC / 15 V = 10 nF sein müssen? Zweitens habe ich immer noch das Problem, wie ich die Wattzahl des Haupt-DCDC-Wandlers bekomme, der die Kappen auflädt?
Sie sind auf dem richtigen Weg. Haben Sie eine gewisse Kapazität wie 10 uF elektrolytisch usw. Zusammen mit 0,1 uF Keramik. Was die Wattleistung betrifft, so mitteln Sie den Strom mal die Spannung, also 15 V * 130 nA, effektiv nichts. Um sicher zu gehen, würde ich einfach so etwas wie 1 W auswählen, wenn Sie Platz dafür haben. Für ein kleines Design würde ich ein lineares 500-mA-Regular in Betracht ziehen ... Aber größer ist immer in Ordnung.
Stellen Sie außerdem sicher, dass Ihr Widerstand den Spitzenstrom / die Spitzenleistung bewältigen kann. Ich würde hier nichts kleiner als ~1206 verwenden. Allerdings nur eine Vermutung.
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