新型GDT电路设计
yanli123212012/10/15电气电工 IP:内蒙古
前几天受EHCO大神的自举反偏GDT电路的启发设计出了一款新型GDT电路,先上图
QQ截图20121015205559.jpg

可以看出这款电路对传统GDT电路的改动比较大,传统的GDT电路是由变压器驱动栅极电容的,这样GDT漏感和栅极电容很容易产生高频振荡。而我将变压器输出电流整流滤波后再驱动栅极电容,驱动波形相比传统电路要好得多(当然是在仿真情况下),而且上升/下降沿也要陡峭的多。
先来分析一下这个电路的原理,当GDT输出上正下负的信号时三极管Q5 Q6导通,C1中的能量通过C2 D3 R3给C3充电,因为C1的容量远大于C3,所以C1的电压基本不会变化,而C3的电压会在很短的时间内上升到与C1相同的电压,MOSFET/IGBT导通。在这个过程中GDT通过D1给C1充电,通过Q5 Q6 R2给C2充电,D3为8V稳压管,所以在电路工作一段时间后C2上的电压会稳定在8V。
当GDT输出信号为零时,在R2提供的偏压下Q5 Q6关断,Q7 Q8导通,此时C2通过R3给C3放电,因为C2的容量远大于C3所以在这个过程中C2的电压几乎不会有变化,而C3的电压会一直下降至-8V,MOSFET/IGBT关断。
仿真波形如下:
QQ截图20121015204400.jpg
此时的负载为3nf,栅极电阻为4.7欧姆,频率40KHZ,GDT漏感设置为1UH,示波器中黄色的波形就是栅极驱动波形蓝色为信号源输出的方波,粉色的是电路图中C1上的电压波形。此时的上升沿为48.412ns,下降沿为49.856ns。

前些日子EHCO与hanbreen争论有关GDT设计的问题是是以频率40KHZ/100KHZ负载10nf/20nf 作为标准的,作为对比我也对这几种情况进行了仿真实验,栅极电阻设置为4.7欧姆,GDT漏感为1UH,结果如下
40K 10nf
1欧.jpg

40K 20nf
40K 20nf.jpg

100K 10nf
100K 10nf.jpg

100K 20nf
100K 20nf.jpg

另附EHCO和hanbreen的实验数据
QQ截图20121015210405.jpg
从这些数据可以看出我的电路在带小负载时(10nf)上升/下降沿略快于hanbreen,而在大负载时(20nf)的上升/下降沿比hanbreen差一点。

未完待续
+50  科创币    jxs    2012/10/15 我的标准:技术贴就加分。。。
+100  科创币    金坷居士    2012/10/16 鼓励研究
+50  科创币    坚持and突破    2012/10/17 不错,就是元件有点多,再者需要实践一下!仿真毕竟是理想状态!
+36  科创币    delete    2012/10/17
+150  科创币    任某人    2012/10/22 来晚了,支持创新!有待实践!
来自:电气工程 / 电气电工
13
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~~空空如也
yanli12321 作者
11年7个月前 IP:未同步
460814
但我的电路有一个优点就是GDT不会与栅极电容发生震荡,能与栅极电容发生震荡的只有走线造成的微笑电感,所以栅极电阻可以设置得更小一点,这样上升/下降沿要快得多,比如当栅极电阻设置为1欧姆,频率100KHZ 负载20nf的仿真结果是这样的:
1欧.jpg
可见当栅极电阻为1欧时100KHZ 20nf的上升/下降沿直逼hanbreen的100KHZ 10nf的上升/下降沿,所以这款电路潜力巨大。

最后总结一下它的优点和缺点
优点:
1、上升/下降沿非常陡峭
2、制作简单,而且相比传统电路对GDT漏感的要求大大降低(而且完全不用掺金坷垃!)
3、带有-8v反偏
4、驱动波形好得没法说[s:263]
5、使用三极管对驱动信号反相后可以传送占空比大于0.5的信号(这是传统GDT永远无法达到的!!!)
6、电路升级空间巨大,加上光耦后可以强行将MOSFET/IGBT关断,可以用于一些自激开关电源调压稳压,比如把翠翠童鞋的电子变压器GDT部分换成我这个的话就可以实现稳压功能!
7、GDT不用承担MOSFET/IGBT开通、关断瞬间的瞬间峰值功率,所以可以实现GDT的小型化。

缺点:
1、驱动占空比固定,也就是说它无法用于对称驱动而且带调压稳压功能的半桥、全桥以及正反激开关电源,但可以用于移相全桥、串联并联谐振以及占空比固定的开关电源。
2、在启动瞬间第一个工作周期的波形可以说是相当的烂(是四分之一个正弦波),主要原因是启动瞬间GDT要对容量巨大的C1充电。。。。。。

剩下的还没想出来,欢迎各位提出各种意见。

最后还有一件事想清KCER帮忙,因为本人没有示波器所以无法对此电路进行实际测验,如果哪位童鞋有示波器而且愿意帮小弟进行测试的话请加我QQ673446396详谈。

+1
学术分
ehco
2012-10-16
高质量发帖
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yanli12321作者
11年7个月前 IP:未同步
460906
为啥这么好个帖子就没人回复呢......
+50
科创币
jxs
2012-10-20
今天才能看图。。。不错哇!相当于用GDT供电的悬浮驱动!
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ehco
11年7个月前 IP:未同步
460939
如果实际测试一下,会更精彩。期待

这几天我也在努力试验中,发现影响risetime
最大的是GDT的漏感
其次是电路板至MOS模块的引线长度
水泥电阻和隔直电容的寄生电感也有明显的影响
下一批板子中 我的MOS砖上的rise有望低于90ns
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金坷居士
11年7个月前 IP:未同步
460955
回 楼主(yanli12321) 的帖子
其实我给楼主提个建议,就是GDT次级弄个TC4422,用GDT整流供电 [s:178]

不知道这样行不行
最近比较忙哈 我来晚了[s:274]
+1
科创币
yanli12321
2012-10-16
TC4422无法搞出反偏压来,但驱动mos问题不大
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飘飘飘
11年7个月前 IP:未同步
461377
说说工作原理!有机会我想用洞洞板弄已个看看是否有楼主那么强悍!!!!!
+1
科创币
yanli12321
2012-10-17
欢迎试验,工作原理我正在整理中
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坚持and突破
11年7个月前 IP:未同步
461385
不错,就是元件有点多,再者需要实践一下!仿真毕竟是理想状态!
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yanli12321作者
11年7个月前 IP:未同步
461436
回 6楼(坚持and突破) 的帖子
悲剧的我没示波器,最近有在折腾雕刻机暂时挤不出资金来,以后看看能不能借个示波器试验一下......
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jxs
11年7个月前 IP:未同步
462257
今天才能看图。。。不错哇!相当于用GDT供电的悬浮驱动![s:261]
不过看不懂为啥占空比不能变?
而且,传统的GDT也能传输占空比超过0.5的信号啊。。。(上臂小于0.5,下臂反相,不就大于0.5了嘛。。。)
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yanli12321作者
11年7个月前 IP:未同步
462272
回 8楼(jxs) 的帖子
多谢夸奖,估计可以驱动大砖,最近正在准备实测。
这个电路的整流滤波部分类似于正激变换器,电容C1上的电压等于DNU,其中D为占空比,N为脉冲变压器变比,U为输入电压,当占空比变小时C1上的电压就会降低,管子将进入线性区,然后......
至于占空比大于0.5的问题,我认为传统GDT的脉冲变压器在占空比大于0.5时磁芯无法可靠复位,在几个工作周期过后磁芯将饱和
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y2k
11年7个月前 IP:未同步
462900
我來水一下=。=.

這設計似乎是把GDT的輸出一方面作為隔離驅動的電源,另一方面作為隔離驅動的信號輸入,這種設計對GDT的的電流需求應該是一樣的,所以
優點7並不合理,而缺點2的問題比較大.

同時每個周期內GDT均要輸出給C1充電,這樣對於驅動來說T[on]會受制於C1的充電時間,其實際波型未必會如LZ所模擬般理想。

另外類似的設計我在落木源電子的TX-KD系列IGBT驅動器上看過,該系驅動器有一很大的弱點,就是使用的頻率很高,這是由於低頻下小型的GDT無法傳遞足夠的電流給後端隔離驅動使用,因此工業上很少使用。

工業上主流的單變壓器隔離驅動一般是在以高頻(~MHz)調制GDT信號,在GDT次級再分頻,把高頻信號用於電源而低頻信號用於信號輸入。這樣可以減少GDT的壓力同時確保隔離驅動供電的要求。
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y2k
11年7个月前 IP:未同步
462904
上一個資料,LZ的設計類似文中1.5段所提之"分时型自给电源的变压器隔离驱动器"之簡化版,而LZ的設計對GDT的需求更甚於文中的設計.
attachment icon IGBT 和 MOSFET 器件的隔离驱动技术.pdf 402.53KB PDF 337次下载 预览
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yanli12321作者
11年7个月前 IP:未同步
462915
回 11楼(y2k) 的帖子
感谢Y2K大神莅临指导并提出意见,我将会在实测中对这些问题逐一测试。
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