Расчет и Выбор элементов схемы драйвера транзисторов мостового фазосдвигающего инвертора

 

  4.1 Оценка скорости нарастания потенциала коммутируемого вывода на интервале запирания транзистора VT3^[25]

Величина, на которую изменяется потенциал коммутируемого вывода транзистора VT3 при запирании

 

В (58)

 

где  [В] - изменение потенциала сток - исток каждого из МОП ПТ, включенных последовательно в диагональ;

    V_INV1 [В] - входное напряжение инвертора;

V_PQV1 [В] -  разница потенциалов на сопротивлении открытого канала МОП ПТ.

Скорость нарастания потенциала сток - исток последовательно соединенных транзисторов одного плеча мостового инвертора

 

кВ/мкс = 9,349 В/нс (59)

 

где  [В] - величина, на которую нарастает потенциал сток – исток последовательно соединенных транзисторов одного плеча при запирании в единицу времени;

              [нс] - интервал, за который происходит нарастание потенциала сток - исток для последовательно соединенных транзисторов одного плеча на

величину ;

     I_INV1M [А] - максимальный ток, потребляемый преобразователем от сети;

   C_OSS(eff) [Ф] - справочное значение емкости сток - исток транзистора

TK31V60X.

 

  4.2 Оценка скорости изменения потенциала коммутируемого вывода на интервале отпирания транзистора VT3^[25]

 

 

В/нс (60)

 

 где  [В] - изменение потенциала сток - исток на интервале отпирания верхнего ключа левого плеча мостового инвертора (транзистора VT3);

     [нс] - интервал, за который происходит спад потенциала сток - исток транзистора VT3;

    V_{DD1_OH} [В] - амплитудное значение импульсов управляющего напряжения, подаваемых на затвор транзистора VT3;

V_{GSVT3_Miller} [В] - потенциал плато Миллера для МОП ПТ TK31V60X;

    r_gVT3 [Ом] - сопротивление внутреннего проводника, соединяющего непосредственно затвор и соответствующий вывод корпуса МОП ПТ TK31V60X;

  R_{DD1_OH} [Ом] - сопротивление открытого канала внутреннего верхнего транзистора выходного каскада интегральной микросхемы (далее ИМС) - драйвера;

    C_GDVT3 [Ф] - емкость затвор - сток транзистора TK31V60X.

 

  4.3 Оценка критической скорости изменения потенциала коммутируемого вывода^[25]

 

В/нс (61)

 

где  [В] - критическое, в составе данной схемы, изменение потенциала сток - исток на интервале отпирания транзистора VT3;

 [нс] - интервал, за который происходит спад потенциала сток - исток

транзистора VT3 на величину ;

V_THVT3 [В] - пороговое напряжение исток - затвор для МОП ПТ TK31V60X;

     r_gVT3 [Ом] - сопротивление внутреннего проводника, соединяющего непосредственно затвор и соответствующий вывод полупроводникового прибора;

R_{DD1_OL} [Ом] - сопротивление открытого канала внутреннего нижнего транзистора выходного каскада интегральной микросхемы (далее ИМС) – драйвера;

    C_GDVT3 [Ф] - внутренняя емкость затвор – сток транзистора VT3.

  4.4 Оценка критической величины сопротивления “резистора исток - затвор” R_GSVT3^[25]

 

кВ/мкс = 1,150*10^-5 В/нс (62)

 

где  [В] - величина, на которую нарастает потенциал сток - исток последовательно соединенных транзисторов одного плеча в момент подачи питающего напряжения;

     [нс] - интервал, за который происходит нарастание потенциала сток - исток для последовательно соединенных транзисторов одного плеча на величину ;

I_INV1M [А] - максимальный ток, потребляемый преобразователем от сети (с учетом предварительно принятого КПД);

    C_INV1 [Ф] = 200*10^-6 Ф - номинал емкости конденсатора на входе мостового инвертора.

 

МОм (63)

 

где R_GSVT3 [Ом] - критическая величина сопротивления резистора исток - затвор;

    V_THVT3 [В] - пороговое напряжение исток - затвор для МОП ПТ TK31V60X;

     C_GDVT3 [Ф] - внутренняя емкость затвор - сток транзистора VT3;

      [В] - величина, на которую нарастает потенциал сток - исток последовательно соединенных транзисторов одного плеча в момент подачи питающего напряжения;

       [нс] - интервал, за который происходит нарастание потенциала сток - исток для последовательно соединенных транзисторов одного плеча на величину .

 

  Выбираем резистор SR2512FK-0710KL, 10 кОм, 1%, 1Вт, фирмы YAGEO Corp.

4.5 Расчет трансформатора схемы драйвера

Выбираем материал марки 3F3.

Выбираем ферритовое кольцо TX13/7.1/4.8-3F3 фирмы Ferroxcube, у которого:

- внешний диаметр кольца D = 12,950 мм;

- высота кольца h = 5,030 мм;

- площадь сечения магнитопровода Ae = 12,300 мм²;

- отношение индуктивности к квадрату количества витков Al = 0,990 мкГн/виток².

Примем начальное значение рабочей индукции в сердечнике равным  = 0,080 Тл.

Определим число витков каждой из обмоток, [25]

 

витка (64)

 

где            N_P  - число витков каждой из обмоток;

    D_NOM - номинальное значение скважности импульсов управления силовыми МОП ПТ ступени мостового инвертора с учетом выбранного коэффициента трансформации силового трансформатора;

  V_{DD1_OH} [В] - амплитудное значение импульсов управляющего напряжения, подаваемых на затвор транзистора VT3;

    Ae [м²] - площадь сечения магнитопровода;

     [Тл] - величина индукции в магнитопроводе;

    f_SW [Гц] - частота коммутации первичной обмотки силового трансформатора.

 

  Округлим полученное значение до 13 витков.

 Тогда индукция намагничивания магнитопровода составит, [25]

 

 мкГн (65)

 

где  L_MT2 [мкГн] - индукция намагничивания магнитопровода;

 Al [мкГн/виток²] - отношение индуктивности к квадрату количества витков;

                   N_P - число витков каждой из обмоток.

 

  4.6 Расчет номинала конденсаторов C3, C6^[26]

 

(66)

 

где    C_C3C6 [Ф] - емкость развязывающих конденсаторов C3 и C6 включенных последовательно с первичной обмоткой трансформатора драйвера;

    Q_g [Кл] - полный заряд затвора;

    [В] - заданная величина пульсаций на развязывающем конденсаторе C3;

     D_NOM       - номинальное значение скважности импульсов управления си-

ловыми МОП ПТ ступени мостового инвертора;

  V_{DD1_OH} [В] - амплитудное значение импульсов управляющего напряжения, подаваемых на затвор транзистора VT3;

R_GSVT3 [Ом] - схемная величина сопротивления резистора исток - затвор;

    f_SW [Гц] - частота коммутации первичной обмотки силового трансформатора;

  L_T2 [Гн] - индукция намагничивания магнитопровода.

 

  Выбираем керамический конденсатор CNC53PL, 2,200 мкФ, 63 В, фирмы    Eurofarad.

 

  4.7 Выбор ИМС схемы драйвера силовых МОП ПТ DC-DC конвертора

Таблица 3. Основные параметры некоторых ИМС - драйверов.

Примечания к таблице 3:

¹ - -40..140 °C для ИМС в корпусе SOT-23 и -40..125 °C для ИМС в корпусе SOIC

² - 8MSOP-PowerPAD, 8PDIP, 8SOIC

³ - SOIC, SO PowerPAD, VSON, WSON

⁴ - SOIC, SO PowerPAD, VSON

⁵ - CMOS/LSTTL

Прибор

VBR, В

VCC, В

IO, A

VTH, CMOS/ TTL

td(on), нс

tr, нс

td(off), нс

tf, нс

TJ, °C

Кл,

Корпус

Драйверы нижнего ключа

UCC27511

20,3

4,5…18

TTL

-40…140

C

SOT-23

UCC27519

20,3

4,5…18

CMOS

-40…140

C

SOT-23

UCC27517

20,3

4,5…18

TTL

-40…140

C

SOT-23

UCC27512

20,3

4,5…18

-40…140

EP

SON

UCC27516

20,3

4,5…18

TTL

-40…140

C

SON

UCC27537

35,3

10…32

TTL

-40…140

C

SOT-23

UCC27533

35,3

10…32

TTL

-40…140

C

SOT-23

UCC27532

35,3

10…32

CMOS

-40…140

C

SOT-23

UCC27531

35,3

10…32

TTL

1

C

1

UCC27322

-

4…15

-40…105

EP

2

UC1710

-

4,7…18

CMOS

-55…125

M

CDIP

UC2710

-

4,7…18

CMOS

-40…85

C

PDIP, TO-220

IR44272LPBF

20,3

5…18

1,5

CMOS

-40…125

I

SOT-23

IR44273LPBF

20,3

5…18

1,5

CMOS

-40…125

I

SOT-23

IRS44273LPBF

25,3

1,5

CMOS

-40…125

I

SOT-23

ADuM4135

40,3

12…30

4,61

-40…125

SOIC_W

EL7104

-

4,5…16

CMOS

7,5

-40…85

SOIC, PDIP

Драйверы управления полумостовым инвертором

UCC27210

20,3

8…17

CMOS

7,2

5,5

-40…140

C

3

UCC27211

20,3

8…17

TTL

7,2

5,5

-40…140

C

3

UCC27200

20,3

8…17

CMOS

-40…140

C

4

UCC27201

20,3

8…17

CMOS

-40…140

C

4

UCC27714

640,3

10…18

-40…125

C

SOIC

IR2110E4

399,5

10…20

CMOS

-55…125

M

LCC-18

IR2110L4

399,5

10…20

CMOS

-55…125

M

MO-036AB

IR2113E6

599,5

10…20

CMOS

-55…125

M

LCC-18

IR2113L6

599,5

10…20

CMOS

-55…125

M

MO-036AB

IR2125Z

399,5

12…18

1/2

5

-55…125

M

MO-036AA

RIC7113A4

399,5

10…20

CMOS

-55…125

M

FlatPack-14

RIC7113E4

399,5

10…20

CMOS

-55…125

M

LCC-18

RIC7113L4

399,5

10…20

CMOS

-55…125

M

MO-036AB

ADuM3223

4,5…18

CMOS

-40…125

SOIC_N, SOIC_W

ADuM4223

4,5…18

CMOS

-40…125

SOIC_N, SOIC_W

ADuM3224

4,5…18

CMOS

-40…125

A

SOIC_N, SOIC_W

ADuM4224

4,5…18

CMOS

-40…125

A

SOIC_N, SOIC_W

ADuM7223

4,5…18

CMOS

-40…125

LGA

Драйверы управления мостовым инвертором

ISL83202

-55…125

PDIP16, SOIC16

HIP4082

1,4

-55…125

PDIP16, SOIC16

  Поскольку требуется обеспечить устойчивость замкнутой петли управления, обеспечив при этом максимально возможное её быстродействие, компоненты, образующие тракт следования сигнала управления, необходимо выбирать так, чтобы вносимый ими вклад характеризовался, по возможности, меньшей задержкой. Поэтому в качестве ИМС схемы драйвера силовых МОП ПТ мостового DC-DC конвертора выбран прибор UCC27512-EP.

 

4.8 Расчет сопротивления резистора R_R1R6

 

 Ома (67)

 

где R_R1R6 [Ом] - сопротивление резисторов R1, R6, включенных последовательно с выводом выход ИМС - драйвера и первичной обмоткой трансформатора драйвера;

R_{DD1_OH} [Ом] - сопротивление открытого канала внутреннего верхнего транзистора выходного каскада ИМС - драйвера;

      L_T2 [Гн] - индукция намагничивания трансформатора T2;

    C_C3C6 [Ф] - емкость конденсатора C3, C6.

 

  Резистор необходимого сопротивления соберем, соединив последовательно резистор номиналом 12 Ом, ≤ 1%, 2 Вт - RC2512FK-7W12RL, SR2512DK-7W12RL или SR2512FK-7W12RL, фирмы YAGEO Corp. и резистор номиналом 0,280 Ома ≤1%, 2 Вт - PT2512FK-7W0R28L или PT2512FK-7W0R287L, фирмы YAGEO Corp..