Быстрый драйвер MOSFET для Силовой Электроники.

Возникла необходимость разработать специальный LLC преобразователь с цифровым управлением. Управление реализовано на базе FPGA. Занимаясь отладкой алгоритма на макете, обнаружил один неприятный момент. Управление силовым мостом было реализовано при помощи оптодрайверов серии 1EDIxx, с доп. развязанными источниками питания для каждого канала. Такая схемотехника давала задержку распространения импульса от FPGA до силового ключа ~ 300нс. В результате возникали проблемы с корректной работой регулятора, что приводило к коммутации ключей не в нуле тока, как следствие существенные выбросы на стоках ключей. Было принято решение разработать драйвер обладающий существенно-меньшей задержкой распространения сигнала. Вот что получилось.

Рис.1. Драйвер полумоста с развязкой.

Развязка в драйвере реализована при помощи трансформатора (GDT) на базе сердечника ELP18. На вторичной стороне находятся токовые буфферы, по два в параллель. Каждое плечо способно обеспечить импульсный ток в 10А. Идея задумки проста - управлять силовыми ключами при помощи неразвязанных драйверов, чья задержка < 30нс, при этом обеспечить им развязку от управления при помощи трансформатора, и от него же запитать все на вторичной стороне. Трансформатор -штука мгновенная, у него нет задержки на передачу сигнала. При этом средний ток, необходимый для работы драйверов затворов - крайне мал, потому что затворы потребляют только на переключениях, по этой причине в такой схемотехнике можно применять "крошечные" GDT.

Плата драйвера стыкуется с силовым полумостом при помощи гребенки с шагом 1.27mm.

Рис.2. Драйвер подключен к силовой плате. Дайвер сверху, силовая часть - снизу.

Далее началось тестирование...

Рис.3. Проверка параметров.

Каждое вторичное плечо драйвера управляет 5 низковольтными полевиками, где емкость затвора каждого = 5.6nF. Суммарная затворная емкость = 28nF. Осциллограммы полученного результата ниже.

Рис.4. Желтый луч - напряжение на вторичке GDT, красный луч - сигнал управления с FPGA

Рис.5. Передний фронт. Желтый луч - затвор одного из полевиков, красный - управляющий сигнал с FPGA

Рис.6. Задний фронт. Желтый луч - затвор одного из полевиков, красный - управляющий сигнал с FPGA

Как видно из осциллограмм, задержка на передачу сигнала от FPGA до затвора составляет 50нс. На мой взгляд это отличный результат, задача выполнена. Кстати, невзирая на то что это GDT, драйвер хорошо работает при скважности больше 2.

На этом пока все.