IGBT智能化驱动板SCALE

1、IGBT智能化驱动板SCALE       摘要：SCALE驱动是瑞士Concept公司生产的IGBT智能化驱动板，可用于驱动和保护IGBT。文中介绍了该IGBT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：IGBT；驱动模块；SCALE概述由于（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，目前已在中功率以上的电力电子系统中（如变频器、电源、高频焊机等）逐渐取代了 及 而成为

2、功率开关元件市场中的重要一员。然而?如何有效地驱动并保护则成为目前电力电子领域中的重要研究课题之一。一个具有保护功能的驱动电路不但能在正常工作状态下给提供所需的驱动功率，在异常工作状态下能起保护的作用，而且应当能使电力电子系统中的有很好的替换特性。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、智能化的驱动板。图1功能介绍驱动板系列是瑞士公司生产的，公司是专业生产驱动电路的公司，主要为西门子高压大电流模块配套。该驱动板采用设计，仅用电源驱动，开关频率可大于，且具有高可靠和长寿命特性，可驱动、的。年度赢得优秀电力电子项目称号，其主要型号和驱动能力

3、如表所列。表1 SCALE的主要型号和驱动能力2SD106AI可驱动两单元400A1200V2SD106AI-17可驱动两单元400A1700V2SD315AI可驱动两单元1200A1700V2SD106EI可驱动六单元400A1200V2SD106EI-17可驱动六单元400A1700V 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

4、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开路输出，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，用智能化驱动板来驱动标准模块，比使用智能化模块（）更加简便，也更加灵活。 的主要功能由电子接口 、智能栅极驱动 和 电源组成，其原理方框图如图所示。由图可见，该驱动板主要有两个功能块。其中功能块为（逻辑与驱动之间的接口），每一个可驱动两路。加在输入端的信号再通过脉冲

5、变压器隔离后，即可输出驱动信号，以驱动工作。功能块为（智能栅极驱动），该功能块工作时，每路用一个从脉冲变压器接收编码脉冲信号，然后解码出原始的信号。再经功放，便可给栅极提供数安培的驱动电流。（） 电子接口因为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，配备了逻辑驱动接口，的结构如图所示，它具有以下功能：可为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；与、的逻辑电平相匹配。产生半桥所需的死区时间；对信号进行编码，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2    驱动器可不

6、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，应使用电平。同时应通过外接的网络来获得所要求的死区时间。（） 驱动块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。驱动块的内部结构框图如图所示，该驱动块主要用于完成如下功能：对从脉冲变压器接收的编码信号进行解码；用功放信号驱动；监测的过载和短路；监测欠压；产生响应时间和锁定时间；给控制器（）发出状态通知信号。智能驱动块所有的保护、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3 &#

7、160;  （） 驱动块的保护功能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，驱动中的每路都有一个监测电路。为关断阈值的参考电阻。在开通后的一段响应时间内，监测电路不起作用。而当出现故障后，锁定时间功能开始启动，并在锁定时间内使驱动器锁定，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，并均由各路的实现。一旦超过由设定的阈值，锁定将立即启动。中的每路都具有一个欠压监测电路。 当电源电压降至或时，将执行负压关断并进行故障报警。 的主要工作模式 直接模式在直接模式下，各路将独立地工作。该模式可用于已产生死区时间的信号的驱动，也可用于独立工作的各路。将输入与相连，和

8、接地，即为直接模式。在直接模式下，状态输出和分别返回，因此当出现故障时，可以方便地确定故障出现在那一路。 半桥模式通过与和相连的网络可获得数百纳秒的死区时间。当输入端为低电平时，两路都被关断。将输入接地即为半桥模式，输入为输入，为使能输入。在输入端接上齐纳二极管可使输入端和设置在电平。由于该模式下的状态输出和连接在一起，因此，两路故障为“或”的关系。当网络为时，死区时间为。引脚功能现以中的为例，给出该模块的引脚功能，图给出了的引脚分布图。    输入部分引脚功能：电源地；：电源，供电源使用；：电源，供使用；：用来设置输入端和的施密特触发器的开关阈值。当输入信号为加

9、在端电压的时，开通；为时关断；：模式选择；：信号输入端；：信号输入端；：状态输出；：状态输出；：产生路死区时间的网络；：产生路死区时间的网络；端：设置死区时间的网络。在半桥模式中，将网络与各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。网络必须要按图连接，并将电阻与连接，电容接地。表给出了网络与死区时间的对应关系。表2 RC网络与死区时间电阻（k）电容（pF）死区时间1047200ns10100500ns151201.1s221502.1s332204.6s 输出部分引脚功能端（栅极）:与栅极相连，并用驱动。端（发射极）:与发射极直接相连，且连线应尽可能地短。端（集电极）:用来检测开通时的电压降，因此?必须直接与集电极相连。对于和模块，应用个或个二极管来满足的耐压要求。使用普通高压二极管即可，一般不需用高压快恢复二极管。端（参考电阻）：通过接在端的参考电阻可确定的保护关断阈值。端的参考电位、参考电阻必须尽可能地靠近模块。当端的电压超过端的电压时，将启动保护功能。此时电流源将提供的电流。参考电阻值可通过下列公式来