Esta nota de aplicación técnica presenta una comparación de rendimiento de BiMOSFET en circuitos convertidores flyback. Se discute la operación Flyback, su aplicación, la tecnología de chip BiMOSFET y su operación.
operación de retorno
Un convertidor flyback es uno de los tipos de convertidores más simples. Una configuración mínima consta de solo un interruptor, un transformador, un diodo y dos capacitores, como se muestra en la Figura 1. La energía en este tipo de convertidor se almacena en el espacio de aire del núcleo de ferrita. La corriente primaria aumenta almacenando energía magnética mientras el interruptor está encendido y es transferida por el diodo a la salida cuando el interruptor está apagado. El rango de potencia de este tipo de convertidor está limitado a aproximadamente 300W.
La ventaja de este circuito es la muy amplia relación de voltaje de entrada a salida y la capacidad de agregar devanados secundarios para generar múltiples voltajes de salida. Además, sería ventajoso tener aislamiento galvánico entre los lados primario y secundario. Las desventajas son el alto voltaje de ruptura requerido para el interruptor y las emisiones RFI generadas por el entrehierro del transformador. Los convertidores Flyback no funcionan sin carga o sin bucle de regulación cerrado. De lo contrario, el voltaje de salida excederá los límites permitidos.
aplicación flyback
Una aplicación típica de los convertidores flyback es la fuente de alimentación auxiliar para los controladores de puerta IGBT del inversor. Esta aplicación tiene todos los requisitos que un convertidor flyback puede cumplir idealmente.
El área sombreada de la Figura 2 muestra un convertidor en el que el circuito de arranque forma parte del convertidor de accionamiento y el circuito de arranque forma parte del inversor de accionamiento. Las fuentes de alimentación auxiliares se pueden construir de manera muy rentable con relativamente pocos elementos.
Cambiar requisitos
Un alto voltaje de ruptura es un requisito obligatorio para los interruptores de los convertidores flyback en los variadores de velocidad. En un convertidor flyback, el voltaje máximo aplicado al interruptor es aproximadamente el doble del voltaje de entrada. Por lo tanto, la tensión de ruptura mínima debe ser superior a 2 x Vin. Para los inversores de control de motor estándar que se utilizan fuera de la fuente de alimentación de 400 V, el voltaje del bus de CC puede alcanzar hasta 750 V en la operación del modo de apagado del motor. Aquí se requiere una tensión de ruptura de al menos 1600 V.
Tecnología de chip BiMOSFET
Los IGBT estándar de alto voltaje son demasiado lentos para aplicaciones de retorno. Una nueva familia de transistores BIMOSFET de alta tensión satisface estas necesidades.
La estructura tradicional de MOSFET e IGBT, comúnmente llamada DMOS (Silice de óxido de metal de doble difusión), es una capa de silicio epitaxial que crece sobre un sustrato de silicio grueso y de baja resistividad, como se muestra en la Figura 3. Consta de .
Hay dos tipos de BIMOSFET. El tipo estándar está diseñado para control similar a IGBT con V_GE = 15 V/0 V, pero se puede operar con el mismo voltaje de compuerta que un MOSFET mientras se mantiene el tipo ‘G’. Lo explicaré a continuación. sección. Además, ambos tipos tienen el mismo comportamiento estático y dinámico.
Requisitos del conductor
- BIMOSFET estándar
- BIMOSFET tipo “G”
comportamiento estático
La comparación de las curvas de salida confirma las características lineales del MOSFET y el comportamiento bipolar del BIMOSFET.
Para corrientes máximas más altas, se requiere un voltaje de puerta de 15 V para una conducción adecuada. La pérdida en el estado hace una gran diferencia. Con un controlador de compuerta de 2 A y 15 V, la caída de voltaje en el MOSFET es de 18 V y la caída de voltaje en el BIMOSFET es de solo 4 V. Esto reduce las pérdidas de conducción por un factor de 4,5. También vemos la capacidad de corriente mucho más alta del BIMOSFET, que puede superar fácilmente los 10 A en comparación con el MOSFET limitado de 3 A.
operación de conmutación
Para cuantificar el rendimiento de los MOSFET y BIMOSFET estándar de alto voltaje, se realizaron algunas mediciones comparativas.
El equipo de prueba es un probador de doble pulso y el diodo de rueda libre sigue conduciendo cuando el MOSFET está encendido. Como resultado, la forma de onda de encendido está sujeta a la acción de recuperación del diodo. Sin embargo, el efecto de diodo en MOSFET o BIMOSFET es el mismo, por lo que el rendimiento es comparable.