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一种通用型的变压器隔离驱动模块

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boy59
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  • 2021-7-2 11:20:27
  隔离驱动有多种实现方法,目前最实用的是变压器隔离方案。变压器隔离驱动唯一需要解决的是励磁电感复位问题,比较常见的是隔直电容解决方案,见下图。
隔直电容.jpg
                              
                   1 带隔直电容的变压器隔离驱动
  图1这种方案设计的很巧妙,电路器件少、驱动波形理想,开关应力小。但这种电路只在稳态下工作良好,一旦占空比大范围变动就会出现占空比丢失或开关误导通的问题。

boy59
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  • 2021-7-2 12:37:59
 
  造成这一问题的原因就出在隔直电容上,新的思路舍弃隔直电容在保证励磁电感完全复位的前提下也不产生大的开关应力(兼顾成本)。
第一种思路是采用调制的方案,详见之前的帖子。
调制模式.jpg    
                        图2 调制模式电路
调制波形.jpg
                           图3  调制模式波形
  调制模式对波形时序有一定的要求信号发生电路略复杂,最主要的缺点是调制信号频率比较高,比如开关频率100kHz调制信号的频率可能要达到1MHz
boy59
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  • 2021-7-2 13:29:45
 
第二种思路也是一种新的思路实现方法极其简单,核心思路是一分为二、合二为一。
一分二波形.jpg

                                图4 D触发器实现的信号一分二
如图4所示利用一个D触发器实现一分频电路结果相当于占空比减半,如果输入的是直流信号则输出的也只是占空比为50%的信号,隔离变压器的磁复位问题就容易解决了。
boy59
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  • 2021-7-2 13:47:34
 
D触发器是依靠信号边缘动作的如果输入是直流信号则无法产生边沿信号,这里利用一固定时钟信号产生两分频动作从而不依赖输入信号可实现对包括直流信号在内的任意频率、任意占空比信号的驱动。
驱动buck.jpg

                              图5 通用型变压器隔离驱动模块驱动Buck电路
图5通用模块中由一个时钟信号、一个非门、两个与门构成“分频”器保证隔离变压器上的信号占空比不大于50%,隔离变压器的磁复位可采用双绕组、RCD,双管等,隔离变压器的次边通过两个二极管实现“或”功能将两路信号合二为一,通过两个PNP三极管实现对零信号的处理,仿真波形如下:
驱动波形.jpg

                                  图6 驱动信号及励磁电流
boy59
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  • 2021-7-2 14:12:28
 
电路特点:
1、        时钟信号与输入信号无关,不存在时序问题,输入信号的频率和占空比可以任意(可直流输入)。
2、        功耗低,最大峰值励磁电流Ipk_Lm.Max=0.5*Vcc*T.clock/Lm,如果变压器初级采用双管或双绕组结构损耗极低。
3、        成本低,虽然用到了两个变压器但每个变压器只工作于半载理论上总成本不会增加。并且利用隔直电容实现的变压器隔离驱动电路在初上电及占空比变化时励磁电流会发生较大漂移所以设计变压器时要留有余量导致体积和成本增加,而这里的电路是不需要留余量的。
4、        可模块化,因为不受输入信号频率的影响所以隔离变压器可以采用标准化产品,进而整个驱动模块也可以实现标准化生产,批量生产可使成本进一步降低。
andywang
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  • 2021-12-1 16:14:43
 

LZ,帮忙看一下,为何!仿真出波形不理想?谢谢!
sch.png
wave.png
zhangruineng
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  • 2021-7-2 15:05:43
 
什么软件做的图?
zhangruineng
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  • 2021-7-2 15:06:24
 
驱动信号有问题。。
boy59
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  • 2021-7-2 15:19:25
 
Saber软件,驱动信号有什么问题?
boy59
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  • 2021-8-17 14:53:14
 
用三极管实现的低成本隔离驱动电路如下:
三极管变压器隔离驱动.jpg
                    7-1变压器隔离驱动模块(三极管版)
加在隔离变压器上的驱动电压为输入PWM信号及自激震荡信号(50%占空比)调制的结果用以解决变压器的磁复位问题。
输入接口通过一个NPN三极管拓展输入信号电压范围,输出Vgs电压约等于模块的供电电压Vcc乘以匝比n,可以接MOS管或者其它需要隔离的应用场合。
如果输入PWM信号频率低于震荡器频率则隔离变压器工作频率为震荡器频率,见下图:
pwm低于震荡频率.jpg
                    7-2 输入PWM信号频率低于震荡器频率
如果输入PWM信号频率高于振荡器频率则隔离变压器工作频率以PWM频率为主,见下图:
pwm高于震荡频率.jpg
                     7-3 输入pwm频率高于振荡器频率
boy59
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  • 2021-8-23 09:07:30
 
占空比大于50%的波形如下:
80占空比.jpg
                                 图7-4 占空比80%
999占空比.jpg
                                图7-5 占空比99.9%
100占空比.jpg
                                 图7-6 占空比100%
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  • 2021-8-23 15:55:44
 
增加一组隔离驱动后可实现双路互补隔离驱动
互补驱动.jpg
                              
                                          8-1 双路互补隔离驱动
8-1中双路隔离电路的自激震荡电路可以共用,互补信号的仿真结果如下:
互补驱动波形.jpg
                                         8-2 隔离驱动互补信号
输入端两路信号可独立输入自由控制死区时间。
带死区互补信号.jpg
                                         8-3 死区可调隔离驱动信号
原本设想利用磁复位来省掉其中一组原边驱动,就目前的电路形态还没找出实现方法。

ADSTEC
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  • 2021-11-2 16:20:42
 
来学习一下!增加不少成本
wtcjsj
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  • 2021-8-25 17:11:51
 
来学习一下
h370522650
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  • 2021-8-30 10:34:00
 
英飞凌的无心变压器驱动是不是类似
boy59
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  • 2021-8-30 13:01:39
 
1ED020I12FTA.jpg
不知是不是指上面的这一种?这种的话原理不一样。
1、图中的这种驱动副边需要额外供电,通常的变压器隔离驱动副边能量直接由变压器传递过去。
2、2A驱动能力的变压器目前应当是做不小也无法集成到一颗芯片里。
3、根据图中的Tx/Rx判定变压器只是传递信号的,如同隔离通信芯片。
这里设想的通用型隔离驱动模块,是一颗芯片包含初、次级电路(或初级、次级分别一颗芯片),隔离变压器因为要传输一定的电流所以只能外置。
luck2013
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  • 2021-11-19 14:46:52
 
原来如此 现在明白了
sfzhiye
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  • 2021-11-24 13:31:17
 
博主用心了必须收藏 感谢
cyn365
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  • 2021-11-25 13:21:22
 
顶顶顶顶顶  好帖
ytwsdz
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  • 2021-12-12 16:20:00
 
这个电容有没有不是重点,主要是前面输入信号的特征才是重点。
好多帖子中有关问题都没关注提到 “输入信号”的重要性。好多前级芯片及电路都是在解决输入特性的前提下来完成后级工作。其实不管做什么都要有逻辑性,地基不牢不稳定盖不出大楼,盖出了也危险!前级问题不解决,后面补充什么都是错误的。PWM在驱动桥式电路时开关信号不能是单纯的方波,原理上参考MC34152(IXDN602)的设计及输出特点。PWM芯片输出给这种芯片,这种类的芯片输出就加入保证了门级驱动信号特征。(几十年来3525及494类就没集成在一起?)
变压器理论上在好,生产制造中也有意想不到的意外或次品,所以工程师们想解决隔离驱动,不用变压器最大的问题难点是高压端供电问题,这个供电太费事、费用高、那还是用变压器实在。希望突破后都能用上实用的隔离驱动芯片。只做隔离!前、后级的工作真的不用多去想。
后面的事,前面能保证了,就不用门上安防盗网了。三极管,MOS管,IGBT特性在那,IGBT是电压驱动,门开门关,门设计错了?开关个门还要先带手套?还是要把门开关用什么压住?要说设计有问题,也算有问题吧,比如任何应用电路输入端前,一定要加两个电阻!!!这两个是决对不能小的!!!不知为何生产IGBT器件及模块的不直接做在器件内部?做在一起那不就省了后事。
mitobd
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  • 2021-12-13 08:47:15
 
楼主这个图是怎么做的什么软件
王秋冬
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  • 2021-12-19 18:11:19
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同问,谢谢楼主分享以下。
sfzhiye
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  • 2021-12-20 11:46:21
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好像见过类似的驱动
newolder
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  • 2021-12-24 17:28:31
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谢谢楼主分享
月下的小马
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高级工程师
  • 2022-1-4 16:09:06
  • 倒数7
 
同问,谢谢楼主分享以下。
boy59
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  • 2022-1-5 12:23:30
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Saber软件自身绘制出的原理图
alexzcy
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  • 2022-1-7 08:54:51
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感谢楼主分享,资讯下图用什么软件做的,感谢
zzhzhua
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  • 2022-1-26 10:56:23
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楼主图做的太强了
nc965
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版主
  • 2022-1-30 12:21:47
  • 倒数3
 
需要隔直电容放在在原边即可,1楼副边隔直电容有害无益。其RC时间常数对于MOS简直就是个噩梦。
alexzcy
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  • 2022-2-7 14:13:26
  • 倒数2
 
楼主图做的 真细
dianqi
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