便携储能主功率模块架构分析与芯朋微驱动IC选型锦囊

近日，充电头网从芯朋微官方渠道了解到，其技术团队为广大粉丝分析200~3000W便携储能的能量单向和双向两类主功率变换器拓扑架构，包括低侧驱动、电平移位半桥驱动、单双通道隔离驱动的拓扑最佳匹配与选型建议，并分享了驱动芯片的关键参数及外部驱动电阻设计技巧。

小功率便携储能(200W~600W)的主功率变换器拓扑架构如上图所示。电池充电与电池放电采用独立模块实现，能量在开关变换器中只能单向流动。

1. AC-DC charger用于将市电能量转移至电池组，对电池充电。拓扑架构为反激变换器，控制芯片可采用PN8213，因功率较小不需要专用驱动芯片；

2. DC-DC converter用于将电池电压隔离并升压，拓扑架构为推挽变换器，驱动芯片推荐双通道低侧驱动PN7762；

3. DC-AC inverter用于将高压直流逆变成交流市电，拓扑架构为全桥逆变器，通常采用MCU作为主控，驱动芯片优选电平移位半桥驱动PN7113。

PN7762 驱动芯片简介

PN7762是一款双通道低侧驱动器。

其具有以下亮点：

• VDD供电范围4.5V~24V，所有管脚耐压均大于24V，超高可靠性

• 两通道延时匹配佳，典型值1ns

• 传播延时低，典型值22ns

• 驱动能力强，5A拉灌电流能力

• 具有外部使能功能，EN为低电平时关闭OUT

PN7113 驱动芯片简介

PN7113是一款基于电平移位技术的半桥驱动器。

其具有以下亮点：

• 浮地侧耐压大于600V，适用于400V直流母线应用

• 抗干扰能力强，CMTI大于50kV/μs，Vs负压能力-8V

• 两通道延时匹配佳，小于30ns

• 传播延时低，典型值130ns

• 驱动能力强，2.5A拉灌电流能力

中大功率便携储能(600W~3000W)的主功率变换器拓扑架构如上图所示，能量在开关变换器中可双向流动：S1闭合能量从市电流向电池，电池充电；S1断开能量从电池流向负载，电池放电。

1. 电池充电模式：Converter I工作在PWM整流器模式，实现功率因数校正并产生高压直流母线；Converter II为LLC谐振变换器，开环工作于谐振点，整个变换器近似等价为直流变压器(DCX)，产生低压直流母线；Converter III工作在Buck变换器模式，对电池进行充电。

2. 电池放电模式：Converter III工作在Boost变换器模式，用于将电池电压升压至低压直流母线；Converter II为LLC谐振变换器，开环工作于谐振点，整个变换器近似等价为直流变压器(DCX)，产生高压直流母线；Converter III工作在全桥逆变器模式，将高压直流母线逆变成交流市电，为电子设备供电。

驱动芯片在能量双向主功率变换器中如何选取？以一个H桥为例说明如下：

优选方案一

当MCU控制器与功率变换器共地，可选择两颗基于电平移位技术的半桥驱动芯片，根据母线电压选择驱动芯片：低压直流母线选取150V耐压驱动芯片PN7011，高压直流母线选取600V耐压驱动芯片PN7113。

备选方案

当MCU控制器与功率电路共地，可选取两颗单通道隔离驱动PN7901M和一颗双通道低侧驱动PN7762。

优选方案二

当MCU控制器与功率变换器不共地，可选择两颗基于容隔离技术的半桥驱动芯片PN7921（或四颗单通道隔离驱动PN7903）。

PN7011 驱动芯片简介

PN7011是一款基于电平移位技术的半桥驱动器。

其具有以下亮点：

• 浮地侧耐压大于150V，适用于120V直流母线应用

• 抗干扰能力强， CMTI大于50kV/μs

• 两通道延时匹配佳，典型值3ns

• 传播延时低，典型值30ns

• 驱动能力强，4A拉灌电流能力

PN7921 驱动芯片简介

PN7921是一款基于OOK调制的容隔离双通道驱动器。

其具有以下亮点：

• 宽体SOP16封装，隔离电压大于5700V

• 抗干扰能力强， CMTI大于150kV/μs

• 两通道延时匹配佳，小于2ns

• 传播延时低，典型值44ns

• 驱动能力强，4A/8A拉灌电流能力

PN7903 驱动芯片简介

PN7903是一款基于OOK调制的容隔离单通道驱动器。

其具有以下亮点：

• 宽体SOP6封装，隔离电压大于5700V

• 抗干扰能力强， CMTI大于150kV/μs

• 传播延时低，典型值70ns

• 脉宽畸变失真小，小于35ns

• 驱动能力强，4.5A/5.3A拉灌电流能力

PN7901M 驱动芯片简介

PN7901M是一款带米勒钳位的容隔离单通道栅极驱动芯片 。

其具有以下亮点：

• 采用SOP8封装，输入输出隔离电压大于2500V

• 电源电压范围宽：VCC1：3.1V～24V，VCC2：13V～24V

• 驱动能力强，5A拉灌电流能力

• 带米勒钳位功能，3A拉电流能力

• 抗干扰能力强， CMTI高达150kV/μs

含寄生参数的功率MOSFET及其驱动电路如上图所示，其中Rup和Rlow为驱动芯片输出级上管和下管导通电阻，Rg为外部驱动电阻，Rgi为功率器件内部栅极电阻，Ls为栅极寄生电感，Cgs、 Cgd、 Cds为功率管的栅源、栅漏、漏源之间的寄生电容。

该电路可进一步简化为上图所示。

外部驱动电阻Rg选取依据：

备注：Q为Req、Ls、Ciss形成的串联谐振电路的品质因数。

通过调节外部驱动电阻Rg，使得品质因数Q介于0.5（临界阻尼）到1（欠阻尼）之间。

文章来源：芯朋微电子

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