5kW图腾柱PFC自举电源的动态调节与损耗优化_驱动电路设计七

2025/04/18 分类:工程师家园 55 0

随着功率半导体IGBT，SiC MOSFET技术的发展和系统设计的优化，电平位移驱动电路应用场景越来越广，电压从600V拓展到了1200V。1200V电平位移型颈驱动芯片电流可达+/-2.3A，可驱动中功率IGBT，包括Easy系列模块。目标10kW+应用，如商用HVAC、热泵、伺服驱动器、工业变频器、泵和风机。本文就来介绍一个设计案例，采用电平位移驱动器碳化硅SiC MOSFET 5kW交错调制图腾柱PFC评估板。

从设计上看，这是一个很好的工业应用案例，涉及自举电路用在中功率驱动和工频50Hz的驱动中的应用。

评估板的型号为EVAL-1EDSIC-PFC-5KW，是采用交错图腾柱实现PFC的完整方案，三个半桥桥臂结构，见下图，两个高频桥臂的功率开关采用650V 22mΩ的碳化硅MOSFET IMBG65R022M1H，一个低频桥臂采用10 mΩ600V的CoolMOS™ S7 IPQC60R010S7。

CoolMOS™ S7是高压SJ MOSFET，其针对R_DS(on)优化，用于低频开关。非常适合固态断路器和继电器、PLC、电池保护以及大功率电源中的有源桥式整流。

Si和SIC MOSFET驱动都采用基于SOI技术电平位移驱动芯片。其中SiC MOSFET的驱动采用电平位移驱动芯片1ED21271S65F，它是4A 650V的大电流高压侧栅极驱动器，带过电流保护(OCP)、多功能RCIN/故障/使能(RFE)和集成自举二极管(BSD)，DSO-8封装。CoolMOS™ S7的驱动采用基于SOI技术电平位移驱动芯片2ED2182S06F，它是2.5A 650V高速大电流半桥栅极驱动器IC，集成自举二极管，DSO-8封装。5kW交错调制图腾柱PFC的设计，在230VAC半负载条件下，实现效率为98.7%，尺寸为218mm x 170mm x 60mm，即功率密度达到36W/in3。

所用器件：

■ EiceDRIVER™ 1ED21271S65F驱动CoolSiC™ MOSFET■ CoolSiC™ MOSFET IMBG65R022M1H■ EiceDRIVER™ 2ED2182S06F驱动CoolMOS™■ CoolMOS™ S7 SJ MOSFET 600V IPQC60R010S7

■ 控制器MCU: XMC™ 4200 Arm® Cortex®-M4

■ 辅助电源：ICE2QR2280G

SIC MOSFET驱动

1ED21271S65F是2025年3月推出的最新产品，电压为650V、输出能力+/-4A的高边栅极驱动器，与其他产品相比，提供了一种更稳健、更具性价比的解决方案。设计采用英飞凌的绝缘体上硅（SOI）技术，1ED21x7x系列具有出色的可靠性和抗噪能力，能够在负瞬态电压高达-100V时芯片不坏。可用于高压侧或低压侧高压、大电流、高速功率管驱动，即驱动Si/SiC功率MOSFET和IGBT，击穿电压高达650V，输出电流为+/-4A，传播延迟小于 100ns。1ED21x7x系列非常适合驱动多个开关并联应用，例如轻型电动汽车中，基于1ED21x7x大电流栅极驱动器的设计，可在一个三相系统中节省多个 NPN/PNP管和外部自举二极管。

在图腾柱PFC设计中，电感器过流保护是个设计难点，1ED21x7x提供简单、易于设计的电感器过流保护。

1ED21x7x的CS管脚功能强大，可以实现过流保护和短路I和短路II的保护。

短路I：指发生在功率开关开通之前，已经处于短路状态。

短路II：短路发生在功率开关导通状态，这是更难保护的。

过流保护：1ED21x7x系列有两个CS保护阈值可以选，0.25V和1.8V。0.25V设置通常与分流电阻一起使用，以实现过流检测，低压选项，可以尽量减少分流电阻上的压降造成的损耗。对于褪饱和检测，要选用1.8V，因为它具有更好的抗噪能力。