Wysokosprawny sterownik bramkowy 4xUCC27516 pracujący w zakresie częstotliwości do 30MHz

• Autorzy: Legutko Piotr

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2024.09.45

Warianty tytułu

EN

The gate driver 4xUCC27516 with efficiency up to 80% and operating in the frequency range up to 30MHz

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono budowę, analizę i badania eksperymentalne nowego sterownika bramkowego (ang Gate Driver) o oznaczeniu 4xUCC27516 pracującego w zakresie częstotliwości do 30 MHz i dedykowanego do tranzystorów MOSFET mocy serii DE. Przedstawiono obwód PCB nowego drajwera MOSFET wykonany na trójwarstwowym laminacie w technologii IMS i skonstruowany w oparciu o układy scalone małej mocy firmy Texas Instruments. W ramach badań laboratoryjnych wyznaczono straty mocy dla dwóch trybów pracy nowego sterownika bramkowego: pracy na biegu jałowym (bez obciążenia) i pod obciążeniem bramką dedykowanego tranzystora DE275-501N16A oraz określono sprawność układu w zakresie częstotliwości od 10 MHz do 30 MHz. Ponadto, wyznaczono również czasy przełączeń i propagacji nowego drajwera oraz określono jego wyjściowe parametry pasożytnicze (LDR, RDR i COUT) za pomocą precyzyjnego analizatora impedancji. Uzyskane wyniki badań nowego sterownika bramkowego porównano z trzema komercyjnymi, scalonymi układami dostępnymi w sprzedaży (DEIC420, DEIC515 i IXRFD630) oraz dwoma innymi, wcześniejszymi konstrukcjami drajwerów dyskretnych (8xEL7457 i 8xUCC27526). Nowoopracowana konstrukcja sterownika bramkowego 4xUCC27516 charakteryzuje się sprawnością sięgającą 80% dla badanego zakresu częstotliwości, najniższymi stratami mocy dla dwóch trybów pracy (biegu jałowego – 3,75 W, obciążenie bramką MOSFETa – 17,5 W) i czasami przełączeń na poziomie 1,2 ns dla częstotliwości 30 MHz.

EN

This paper presents basic properties and laboratory tests of high-frequency MOSFET gate driver 4xUCC27516 operating in the frequency range up to 30 MHz. The new low-losses MOSFET driver have been tested for two operating states: at idle (no load) and at the gate load of a DE275-501N16A series MOSFET transistor. The obtained laboratory results were compared with three commercial integrated drivers (DEIC420, DEIC515 and IXRFD630) and two previous solutions of the author (8xEL7457 and 8xUCC27526). Additionally, this paper presents the characteristics of power losses and efficiency of the tested gate drivers. The new construction of 4xUCC27516 gate driver is characterized by an efficiency up to 80% for the tested frequency range, the lowest power losses for two operating states (at idle – 3,75 W, at gate MOSFET load – 17,5 W) and switching times of 1,2 ns for a operating frequency of 30 MHz.

Słowa kluczowe

PL

sterownik bramkowy; małostratny drajwer; sprawność; tranzystor MOSFET; wysoka częstotliwość

EN

driver; MOSFET transistor; low-losses driver; efficiency; high-frequency

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2024
• Tom: R. 100, nr 9
• Strony: 229--234
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Legutko Piotr

• Politechnika Śląska, Katedra Energoelektroniki, Napędu Elektrycznego i Robotyki, ul. Krzywoustego 2, 44-100 Gliwice

• https://orcid.org/0000-0002-7892-8859

Bibliografia

• [1] Balogh L., Design and Application Guide For High Speed MOSFET Gate Driver Circuit, International Rectifier, Dokumentacja techniczna
• [2] Barkhordarian V., Power MOSFET Basic, International Rectifier, Dokumantacja techniczna
• [3] Ridley R., Gate Drive Design Tips, Power Systems Design Europe, December 2006, pp. 14-18
• [4] Zhang Z., Eberle W., Liu Y., A 1-MHz High-Efficiency 12 V Buck Voltage Regulator with a New Current-Source Gate Driver, IEEE Transactions on Power Electronics, Vol 23, No. 6, November 2008, pp. 2817-2827
• [5] Scoggins P., A Guide to Designing Gate-Drive Transformers, Power Electronics Technology, January 2007, pp.32-36
• [6] Legutko P., Analiza wysokoczęstotliwościowych drajwerów tranzystorów MOSFET mocy stosowanych w falownikach rezonansowych, Rozprawa doktorska, Politechnika Śląska, Gliwice 2017
• [7] Legutko P., Wysokoczęstotliwościowe, dyskretne drajwery małej mocy dedykowane do tranzystorów MOSFET serii DE, Przegląd Elektrotechniczny, R. 92, nr 4/2016, ISDN 0033-2097
• [8] Dokumentacja techniczna tranzystora DE275-501N16A dostępna pod adresem: http://www.ixys.com (18.02.2024)
• [9] Legutko P., Problem zwarć skrośnych w scalonych sterownikach bramkowych pracujących z częstotliwością 30 MHz, Przegląd Elektrotechniczny, R. 92, nr 6/2018, ISDN 0033-2097
• [10] Legutko P., Kasprzak M., Kierepka K., Problematyka określenia sprawności niskostratnych drajwerów pracujących z częstotliwością 30 MHz, Przegląd Elektrotechniczny, R. 92, nr 8/2018, ISDN 0033 2097
• [11] Dokumentacja techniczna układu scalonego UCC27516 dostępna pod adresem: www.ti.com (18.02.2024)
• [12] Dokumentacja techniczna technologii Thermal Clad dostępna pod adresem: https://www.henkel-adhesives.com (28.01.2024)
• [13] Opis materialu IMS: „Co to jest IMS”, http://www.komel.katowice.pl
• [14] Analizator impedancji Agilent 4294A, htt://www.keysight.com
• [15] Agilent technologies Co. Ltd. “The Impedance Measurement Handbook”, December 2003
• [16] Dokumentacja techniczna scalonego sterownika bramkowego DEIC420 dostępna pod adresem: http://www.ixys.com (18.02.2024)
• [17] Dokumentacja techniczna scalonego sterownika bramkowego DEIC515 dostępna pod adresem: http://www.ixys.com (18.02.2024)
• [18] Dokumentacja techniczna scalonego sterownika bramkowego IXRFD630 dostępna (18.02.2024)

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr POPUL/SP/0154/2024/02 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki II" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2025).