[参考译文] TIDA-00778：将 IGBT 更改为并联的 NMOSFET

唐英年、您好！

UCC27714和 UCC27211具有类似的峰值拉电流和灌电流额定值。 但是、对于86V 直流总线电压、如果我们考虑 电压容差和开关尖峰、120V 驱动器的设计裕度可能较低。 UCC27714可用于此类应用。

TIDA-00778的上述电路快照(图20)是用于驱动单个 IGBT/MOSFET 的设计。 当您并联 MOSFET 时、需要确保每个 FET 通过单独的灌电流/拉电流栅极电阻器连接到栅极驱动器输出。 我建议参考 TIDA-00364原理图。 在 UCC27714的输出端使用来自 TIDA-00364的类似电路。

简而言之、TIDA-00364中 UCC27211的栅极驱动输出级电路可用于在并联 MOSFET 时设计 UCC27714的输出级电路。

如果您有任何疑问、请告诉我。

谢谢、此致、

制造商

尊敬的 Manu：

我非常感谢你的友好、有经验和专业的答复。
你的每一个词对我来说都是如此有价值的！
为了避免犯错、我绘制了下图(一个相位)、其中 A_top、PHASE_A 和 A_BOT 是之前 UCC27714栅极驱动器电路的输出。 请帮我检查一下。
1.栅极电阻器 R8-R10和 R20-R22的值是否合适？
2.齐纳二极管 D13-D15和 D18-D20是否适用？  R7、R19、R31、R68、R79、 和 R89是否合适？  我已经购买了 DRV-8301-HC-C2-KIT、但在这种情况下、似乎没有用于 MOSFET 的保护电路。 当然 、保护电路很好。 可以帮我检查一下吗？ 现在、我已将 NMOSFET 更改为 VDS=200V、RDS=10.7m Ω、ID =88A。

在 TIDA-00364设计中、栅极驱动器电路末端添加了 PNP BJT (MJD45H11RLG)、如 TIDA-00364文档的图4 (第6页)所示。 是否需要添加的电路？ 还是可以省略、因为 UCC27714比 UCC27211功能强大得多？  

期待收到您的回复~

非常感谢您的热情帮助！

祝你新年愉快！

唐汉

唐汉、您好！

请在下面找到我对您的问题的建议。

1.您可能需要根据使用的 MOSFET 和 PCB 寄生效应调整栅极电阻器值以优化开关性能。 使用8.2 Ω 电阻开始您的设计、并在测试期间调整该值、以获得经过优化的干净 FET 开关波形。

现有二极管(D13-D15和 D18-D20)和电阻(R7、R19、R31、R68、R79、 和 R89)应该起作用。

添加了 PNP BJT、以在 MOSFET 关断期间实现强下拉、因为 TIDA-00364中的栅极路径长度更长(由于5个 FET 并联)。 但是、在您的情况下、由于您仅并联3个 FET、因此电路板可能很紧凑、如果从栅极驱动器到 FET 的栅极驱动路径很小、则可以避免 BJT。 这取决于 PCB 布局。 一个建议可能是、在原型设计中保持配置、并在测试期间检查您是否需要 BJT 来获得最佳 FET 开关。 有关更多详细信息、请参阅 TIDA-00364。

谢谢、此致、

制造商

尊敬的 Manu：

我很高兴听到您的来信！   ^_^
感谢您确认上述电路、我可以从该电路开始。   我还将添加二极管(D13-D15和 D18-D20)和电阻器(R7、R19、R31、R68、R79、 和 R89)来保护 MOSFET。
我发现 UCC27714比 UCC27211复杂得多。 我不知道如何添加 BJT。 我希望，正如你所说，"可以避免双重征税"。  ^_^

1.对于以下单相电路、我添加了 Rshunt 来感测相电流、以实现 PMSM FOC 控制。  通过这种方式、 Rshunt 的一端'NT1'应连接到 UCC27714的'COM'引脚'EMT_A'、对吧？  

2.您还能为我检查 C29、R13、C36和 R25 (最右边)吗？  (R25的一端连接到 NT1、而不是 GND、对吧？)  

3.根据以下电路、我可以继续添加分压器电路来感测 PHASE_A 的电压以进行 PMSM FOC 控制、对吧？  如果我想感测 Vbus 电压(86V)、 我可以继续添加分压器电路来感测 Vbus 的电压、对吧？  这些电路是否会影响 C29、R13、C36和 R25 (最右侧)的缓冲器功能？  ^_^

我很抱歉问这些愚蠢的问题。 期待收到您的专业回复~

祝你一切顺利！

唐汉

唐汉、您好！

让我补充一句关于"可以避免 BJT "的评论。 您应该确保从 MOSFET 到栅极驱动器的栅极返回路径长度应该非常短。 进一步回答您的问题。 我看到您正在规划单分流 FOC、对吧？

1.是的、NT1应连接到 UCC27714的 COM 引脚。 确保按照数据表的建议在 VDD 和 COM 之间使用旁路电容器。 您可以参考 TIDA-00778原理图

2.缓冲器与 NT1的连接是可争议的。 然而、电容值为33nF、这是低电平并且应该可以连接到 NT1。

3.您可以为相位节点和 Vbus 终端添加分压器。 我认为分压器的缓冲器没有问题。

此致、
制造商

尊敬的 Manu：

您是我见过的经验丰富、专业的专家。  ^^感谢 您对我的善意~

我的目标应用是三相 PMSM 控制(额定功率为3kW、峰值功率为7.2kW、Vbus=86V)。 我将应用3分流 FOC 控制。 对于上图、仅显示了一个相位。  左侧的两个相位将与我展示的相位相同。 没关系吗？

我最初选择的 NMOSFET 为 VDS=200V、RDS=10.7m Ω、ID =88A。

  最近、我发现了一个新的 NMOSFET、VDS=150V、RDS=4.4m Ω、ID =174A。 请问哪一个更适合我的申请？   ^_^

2. 从 TI 提供的 TIDA-00364的 BOM 表中、我找到了规格。 栅极电阻器 R8-R10和 R20-R22的阻 抗为"电阻、8.2、5%、 0.125瓦"。

   由于 TIDA-00364中的 Vbus=48V、但现在 Vbus=86V。  我是否需要提高规格？ 将"功率=0.125W"更改为更高的电压？

从 TI 提供的 TIDA-00364的 BOM 表中、我找到了规格。 D13-D15和 D18-D20 (在 MOSFET 周围)的说明为 "二极管、肖特基、30V、0.5A "。  

  由于 TIDA-00364中的 Vbus=48V、但现在 Vbus=86V。   我是否需要提高规格？ 反向电压= 30V 且正向电流= 0.5A 时的电压是否为更高？

从 TI 提供的 TIDA-00364的 BOM 表中、我找到了规格。 R7、R19、R31、R68、R79、 R89 (在 MOSFET 周围)为 "电阻、10.0k、1%、0.1W "。  

  由于 TIDA-00364中的 Vbus=48V、但现在 Vbus=86V。  我是否需要提高规格？  将"Power=0.1W"转换为更高的电压？

在 TI 提供的 TIDA-00364的 BOM 表中、我找到了规格。 R13和 R25 (最右侧的 RC 缓冲器)的输出为 "电阻、1.00、1%、1W、AEC-Q200 0级"。

   由于 TIDA-00364中的 Vbus=48V、但现在 Vbus=86V。   我是否需要提高规格？ 将"Power=1W "更改为更高的电压？

我很抱歉让你困扰这么多。  以上可能是最后一个问题。 期待收到您的回复~

祝你一切顺利！

唐汉

唐汉、您好！

请在下面找到我的回答。

我会选择最低的 RDS 器 件、前提是设计应确保 FET 上的电压尖峰远低于器件的最大 VDS。 您需要调整栅极电路电阻器以降低 FET 开关速度、从而限制开关期间 FET 上的电压尖峰。 您还可以考虑在开关节点(相位输出)上添加缓冲器。

2.根据 MOSFET 的 Qg、开关频率和 VGS 计算平均栅极电阻器功率损耗。 请注意、您的栅极电路电压仅约为12V (与 Vbus =48或86V 无关)

3.您可以使用相同 的 D13-D15和 D18-D20 (二极管肖特基 、30V、 0.5A")，因为这些二极管跨栅极和源极连接，它们将在 VGS 电压下工作，而不是在 Vbus 电压下工作

4.无需提高 R7、R19、R31、R68、R79、 R89 (原因与以上第3点相同)

5.您必须计算缓冲电阻器损耗。 请参阅任何标准文档并计算86V 时的缓冲器损耗。  您可能必须提高额定功率。 平均功率损耗取决于 Vbus、开关频率等

谢谢、此致、

制造商

尊敬的 Manu：

你又教了我很多。 我~感谢你  

Q1： 您提到过、"请注意、您的栅极电路电压仅约为12V (与 Vbus =48或86V 无关)"。  "栅极电路电压12V"是否意味着 VGS？  但是、如果是、我发现 每个 NMOSFET 的 VGS 值可能不同。 所以、我有点困惑。

我在三相 PMSM FOC 控制上还有另一个目标应用(230VAC 输入、Vbus ~= 325v、420W)

我还将参考 TIDA-00778、并使用 UCC27714作为栅极驱动器。  我发现 NMOSFET VDS=800V、RDS=1.55欧姆、Id=8A、@VGS=10V。

由于额定功率仅为420W、因此 这次不需要 MOSFET 并联、对吧？

我绘制了如下的单相电路图、希望您能帮我检查一下。  

Q2：在以下电路中、Q3和 Q13是 NMOSFET、VDS=800V、RDS=1.55 Ω、Id=8A、@VGS=10V。

对于这些组件、例如 C22、D15、D20、R31、 R89、C29、C36、R13和 R25、 是否还需要它们来使系统更稳定？

期待收到您的回复~

非常感谢您！

唐汉

唐英年、您好！

栅极驱动器 VDD 决定栅极电路电压。 通常、MOSFET 的额定最大 VGS 为20V。 因此、我们通常将10V/12V/15V 电源与栅极驱动器配合使用、以确保 MOSFET 的最小 RDS 运行。 在这种情况下、如果 UCC27714使用12V 电源、则栅极电路电压将为12V。

对于具有230V 交流输入的设计、我建议您参考 TI Designs TIDA-00472和 TIDA-00778、并使用类似的电路拓扑。 您仍然可以使用二极管和电阻器(D15、D20、R31、R89...) MOSFET 的栅极和源极。

无需并联 FET 以实现420W 的功率。 您可以使用具有更低 RDS 的600V FET 来降低 FET 的功率损耗。

我建议您研究 UCC27714的数据表和 TI 设计文档、以清楚深入地了解电路设计。

谢谢、

制造商

唐英年、您好！

是的、你是对的。 当电源从15V 更改为12V 时、必须调整电阻器值。 此外、如前所述、您已经根据您使用的 MOSFET 来调整栅极电阻器。 有关设计计算、请参阅 TI 参考设计 TIDA-00472或 TIDA-00778或 UCC27714的数据表。

此致、

制造商

尊敬的 Manu：

很抱歉、我希望找到 符合 AEC-Q100标准的栅极驱动器来替代 UCC27714。 您能给您推荐合适的产品吗？  

我只能找到一个类似的 UCC27712-Q1 、其灌电流和拉电流比 UCC27714小。  您认为这对于我的目标应用(Vbus=86V、额定功率为3kW)(正如我之前提到的、3个 MOSFET 并联)是否合适？

2.对于 UCC27712-Q1、我发现其电路由数据表(如下所示)提供、非常简单。  我甚至找不到栅极电阻器。  这是符合 AEC-Q100标准吗？ 那么、它更强大吗？  或者实际上、电路不能如此简单！  是否有任何实用电路可供参考？

3、逆变器电路的发热问题可以问吗？ 如您所知、在 TIDA-00364中、该设计使用"绝缘金属基板 PCI" 和 SMD MOSFET 来实现更好的冷却、这需要大量的表面。

最近、我发现了一 个汽车级 MOSFET (VDS=150V、RDS=4.8m Ω、ID=171A)、这不是 SMD MOSFET。 其数据表显示了如何拧紧散热器、这似乎比 TIDA-00364中的更容易。  它是否真正适用于实际应用？   这是否意味着汽车级 MOSFET 具有更好的散热能力？

很抱歉再次向您咨询。  请花时间回答我的问题。

祝你一切顺利，永远快乐！

唐汉

唐英年、您好！

请参阅下面我的评论。

使用单个 UCC27712-Q1 驱动多个 MOSFET 的决策取决于所有 MOSFET 的总栅极电荷。 我建议您使用 UCC27712-Q1的最大栅极电流计算最佳开关导通时间和关断时间、并确定1.8A 源电流是否足够好。  我建议您阅读有关任何标准材料的栅极驱动设计方面的更多信息。

2.请参阅数据表的应用和实施部分以查找应用电路。 您将在这里找到栅极电阻器。 类似的 TIDA-00364电路应该可以正常工作。

MOSFET 的热耗散取决于其热阻、数据表中应给出该热阻。 根据我的理解、我们不能说汽车组件具有更好的热耗散。 MOSFET 热耗散计算和散热器连接上有很多可用的材料。 我建议您研究任何标准材料、并根据数据表中给出的参数进行设计。

由于该主题在几周前启动、因此很快就会被锁定。 我希望、我为您的问题提供了一些澄清和解释、以帮助您执行设计。 如果是、请告诉我它是否已解决、以及我们是否可以关闭此主题。 如果您有进一步的问题、您将始终能够打开一个新主题。

谢谢、此致、

制造商