【便攜儲能】主功率模塊架構(gòu)分析與驅(qū)動IC選型錦囊

小功率便攜儲能(200W~600W)的主功率變換器拓?fù)浼軜?gòu)如下圖所示。電池充電與電池放電采用獨立模塊實現(xiàn)，能量在開關(guān)變換器中只能單向流動。

1. AC-DC charger用于將市電能量轉(zhuǎn)移至電池組，對電池充電。拓?fù)浼軜?gòu)為反激變換器，控制芯片可采用PN8213，因功率較小不需要專用驅(qū)動芯片;

2. DC-DC converter用于將電池電壓隔離并升壓，拓?fù)浼軜?gòu)為推挽變換器，驅(qū)動芯片推薦雙通道低側(cè)驅(qū)動PN7762；

3. DC-AC inverter用于將高壓直流逆變成交流市電，拓?fù)浼軜?gòu)為全橋逆變器，通常采用MCU作為主控，驅(qū)動芯片優(yōu)選電平移位半橋驅(qū)動PN7113。

中大功率便攜儲能(600W~3000W)的主功率變換器拓?fù)浼軜?gòu)如下圖所示，能量在開關(guān)變換器中可雙向流動：S1閉合能量從市電流向電池，電池充電；S1斷開能量從電池流向負(fù)載，電池放電。

1. 電池充電模式：Converter I工作在PWM整流器模式，實現(xiàn)功率因數(shù)校正并產(chǎn)生高壓直流母線；Converter II為LLC諧振變換器，開環(huán)工作于諧振點，整個變換器近似等價為直流變壓器(DCX)，產(chǎn)生低壓直流母線；Converter III工作在Buck變換器模式，對電池進行充電。

2. 電池放電模式：Converter III工作在Boost變換器模式，用于將電池電壓升壓至低壓直流母線；Converter II為LLC諧振變換器，開環(huán)工作于諧振點，整個變換器近似等價為直流變壓器(DCX)，產(chǎn)生高壓直流母線；Converter III工作在全橋逆變器模式，將高壓直流母線逆變成交流市電，為電子設(shè)備供電。

驅(qū)動芯片在能量雙向主功率變換器中如何選??？以一個H橋為例說明如下：

含寄生參數(shù)的功率MOSFET及其驅(qū)動電路如下圖所示，其中Rup和Rlow為驅(qū)動芯片輸出級上管和下管導(dǎo)通電阻，Rg為外部驅(qū)動電阻，Rgi為功率器件內(nèi)部柵極電阻，Ls為柵極寄生電感，Cgs、 Cgd、 Cds為功率管的柵源、柵漏、漏源之間的寄生電容。

該電路可進一步簡化為：

外部驅(qū)動電阻Rg選取依據(jù)：

備注：Q為Req、Ls、Ciss形成的串聯(lián)諧振電路的品質(zhì)因數(shù)。

通過調(diào)節(jié)外部驅(qū)動電阻Rg，使得品質(zhì)因數(shù)Q介于0.5（臨界阻尼）到1（欠阻尼）之間。

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