IGBT智能化驱动板SCALE

1、IGBT智能化驱动板SCALE摘要驱动是瑞士公司生产的智能化驱动板，可用于驱动和保护。文中介绍了该智能化驱动板的主要功能、工作模式和引脚功能，给出 该器件的典型应用电路。关键词；驱动模块；1概述由于IGET绝缘栅双极性晶体管是一种电压控制型功率器件， 它所需驱动功率小，控制电路简单，导通压降低，且具有较大的安全工作 区和短路承受能力。因此，目前IGET已在中功率以上的电力电子系统中如变频器、U PS电源、高频焊机等逐渐取代了POWERMOSFET及POWER BJT而成为功率幵关元件市场中的重要一员。然而 如何有效地驱动并保护IGBT则成为目前电力电子领域中 的重要研究课题之一。一个具有保护功

2、能的驱动电路不但能在正常工作状态下给IGBT 提供所需的驱动功率，在异常工作状态下能起保护IGBT的作用，而且 应当能使电力电子系统中的IGBT有很好的替换特性。因此 高性能的驱动电路是提高电子产品品质和可靠性，从而增强其 竞争力的关键之一。本文介绍一种高性能、智能化的IGBT驱动板SCALE功能介绍SCALE驱动板系列是瑞士Concept公司生产的， Concept公司是专业生产IGET驱动电路的公司，主要为西门子 /EUPEC高压大电流IGET模块配套。该SCALE驱动板采用ASIC设计，仅用15V电源驱动，幵关 频率可大于10 0kHz，且具有高可靠和长寿命特性，可驱动1700 V、1

3、2 0 0 A 的IGET。1 9 9 8年度赢得ABB优秀电力电子项目称号，其主要型号和驱动 能力如表1所列。表1的主要型号和驱动能力 2106可驱动两单元40012002106-17可驱 动两单元40017002315可驱动两单元120017002106可驱动六单元 40012002106-17可驱动六单元 4001700 2.1 SCALE的特点 实用范 围宽 可应用在数千瓦至数兆瓦的功率范围及实用的耐压要求范围内，几 乎可工作在所有的频率及调制模式，适用于任何厂家的模块。体积小巧、结构紧凑、应用灵活，具有直接和半桥模式可供选择。在半桥模式下，可选用所要求的死区时间。成本低，具有很高的性

4、能/价格比。除可提供栅极驱动外，还具有检测状况显示及电源隔离等功能，是一 种可满足市场所有要求的、最经济实用的驱动板。使用简便。该驱动板的电接口非常简单，可处理515V电平的标准逻辑信号。具有施密特触发器输入特性，且对输入信号没有特殊要求故障传送使用集电极幵路输出，可与常用的逻辑电平相兼容因为驱动板具有所有智能化驱动功能，且驱动信号、状态传送及电源 与功率部分完全隔离，所以使用非常简单。在大多数情况下，用智能化SCALE驱动板来驱动标准IGET模 块，比使用智能化IGET模块IPM更加简便，也更加灵活。2.2SCALE的主要功能SCALE由电子接口LDI、智能栅 极驱动IGD和15VDC/DC

5、电源组成，其原理方框图如图1所示。由图可见，该驱动板主要有两个功能块。其中功能块#1为LDI逻辑与驱动之间的接口，每一个LDI可驱 动两路。加在输入端的PWM信号再通过脉冲变压器隔离后，即可输出驱动信 号，以驱动IGET工作。功能块#2为IGD智能栅极驱动，该功能块工作时，每路用一个I GD从脉冲变压器接收编码脉冲信号，然后解码出原始的PWM信号。再经功放，便可给IGET栅极提供数安培的驱动电流。1电子接口LDIO 0 1因为PWM信号的频率和占空比变化较大， 所以不能简单地通过变压器传送。为此，SCALE配备了 LDI0 01逻辑驱动接口，LDI001 的结构如图2所示，它具有以下功能 可为

6、用户提供一个简单的接口，两个信号输入端都具有施密特触发器特性； 5V15V的逻辑电平相匹配。产生半桥所需的死区时间； 寸PW M信号进行编码， 以使其可通过脉冲变压器传送； 识别编码传送的状态通知信号并放大，以为用户提供 一个准静态的状态信号。图2SCALE驱动器可不加任何元件而直接与逻辑电路相连，也可 通过较长的电缆相连。这种情况下，为了获得较高的信躁比，应使用15V电平。同时应通过外接的RC网络来获得所要求的死区时间。2驱动块IGD00 1IGD0 0 1具有所有必需的智能驱动功能， 如变压器接口、过载和短路保护、锁定时间逻辑、状态通知、对电源电压 和输出级的监测等。IGD驱动块的内部结构

7、框图如图3所示，该驱动块主要用于完成如 下功能寸从脉冲变压器接收的编码信号进行解码；用功放PWM信号驱动IGET; 监测IGET的过载和短路； 监测欠压；产生响应时间 和锁定时间；给控制器LDI0 0 1发出状态通知信号。智能驱动块IGD0 0 1所有的保护、监测功能如过流、短路保护和 欠压保护都置于次级。这样，在出现故障时，电路将立即被关闭并锁定。图33SCALE驱动块的保护功能SCALE的保护主要包括短路 和过流以及电源监测。对于短路和过流保护来说，SCALE驱动中的每路都有一个Vce 监测电路。Rth为关断阈值的参考电阻。在IGET幵通后的一段响应时间内，Vce监测电路不起作用。而当Vc

8、e出现故障后，锁定时间功能幵始启动，并在锁定时间内使驱动器锁定IGET，而不再接受输入信号。模块中的各路都具有自己的锁定功能，并均由各路的LGDO 01实 现。一旦Vce超过由Rth设定的阈值，锁定将立即启动。SCALE中的每路都具有一个欠压监测电路。当电源电压降至10V或11V时，IGET将执行负压关断并进行 故障报警。3SCALE的主要工作模式3.1直接模式在直接模式下，各路I GBT将独立地工作。该模式可用于已产生死区时间的PWM信号的驱动，也可用于独立工 作的各路IGBT。将MOD输入与V相连，RC1和RC2接地，即为直接模式。在直接模式下，状态输出SO1和SO2分别返回，因此当出现故

9、障 时，可以方便地确定故障出现在那一路。3.2半桥模式通过与RC1和RC2相连的RC网络可获得数百纳 秒的死区时间。当输入端B为低电平时，两路IGBT都被关断。将MOD输入接地即为半桥模式，输入IA为PWM输入，IB为使 能输入。在VL/R输入端接上4.7V齐纳二极管可使输入端IA和IB设 置在TTL电平由于该模式下的状态输出SOI和SO2连接在一起，因此，两路故 障为或的关系。当RC网络为10kQ/100pF时，死区时间为5 0 0 s。4引脚功能现以SCALE中的2SD315A为例，给出该模块的引 脚功能，图4给出了2SD3 15A的引脚分布图。范文先生网收集整理4.1输入部分引脚功能GN

10、D电源地；VDC 电源+15V，供DC/DC电源使用； VDD电源+15V， 供LDI0 01使用; VL/R用来设置输入端InA和InE的施密特触发器的幵关阈值。当输入信号为加在VL/R端电压的2/3时，幵通；为1/3时关 断；MOD模式选择；INA信号输入端A;INB信号输入端B;SO 1状态输出1 ;SO2状态输出2；RC1产生#1路死区时间的RC网 络；RC2产生#2路死区时间的RC网络；RC端设置死区时间的RC 网络。在半桥模式中，将RC网络与各RC端相连接可确定对应各路的死区 时间。死区时间随温度可能有很小的漂移。所接电阻不允许小于5 k Q。RC网络必须要按图连接，并将电阻与VC

11、C连接，电容接地。表2给出了 RC网络与死区时间的对应关系。表 2 网络与死区时间电阻 Q 电容死区时间1047200101005001512011 口 2215021 口 3322046 辽输出部分引脚功能G 端栅极与IGET栅极相连，并用15V驱动。E端发射极与IGET发射极直接相连，且连线应尽可能地短。C端集电极用来检测幵通时IGET的电压降，因此必须直接与IGBT集电极相连。对于1 2 0 0 V和1 3 0 0 V模块，应用2个或3个1N4 0 0 7二极管来满足140%的耐压要求。使用普通高压二极管即可，一般不需用高压快恢复二极管。Rth端参考电阻通过接在Rth端的参考电阻可确定IGBT的保护关断阈值。E端的参考电位、参考电阻必须尽可能地靠近IGBT模块。当C端的电压超过Rth端的电压时，将启动IGBT保护功能。此时电流源将提供15 0 uA的电流。参考电阻值可通过下列公式来计算Rth=Vth/15 0yA若Vth为5.85V时，