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SKHI22A/B是德國西門(mén)康(SEMIKRON)公司推出的一種新型的IGBT/MOSFET的驅動(dòng)模塊｡文章介紹了SKHI22A/B的主要結構特點(diǎn)和功能,給出了它的具體應用電路｡ 1 概述 SKHI系列驅動(dòng)模塊是德國西門(mén)康(SEMIKRON)公司推出的一種新型IGBT/MOSFET驅動(dòng)模塊｡SKHI系列驅動(dòng)模塊主要有以下特點(diǎn): ●僅需一個(gè)不需隔離的+15V電源供電 ●抗dV/dt能力可以達到75kV/μs ●控制電路和IGBT主電路之間的隔離電壓可以達到4kV ●輸出峰值電流可以達到30A ●同一橋臂上下開(kāi)關(guān)管驅動(dòng)信號具有互鎖功能,可以防止兩個(gè)開(kāi)關(guān)管的貫穿導通 ●死區時(shí)間､VCE的監控､RGON/OFF可以分別調節,因而可以對不同用戶(hù)的特殊需求進(jìn)行優(yōu)化 ●可以輸出差錯信號以通知控制系統 ●具有過(guò)流､欠壓保護功能｡ 下面主要以SKHI22A為例,對SKHI系列驅動(dòng)模塊進(jìn)行介紹｡ 2 內部結構及原理 SKHI22A/B引腳功能排列如表1所列｡圖1所示是SKHI系列驅動(dòng)器的內部電路原理圖｡ 表1 SKHI22A的引腳功能 引腳號 引腳名稱(chēng) 引腳說(shuō)明 P14 GND/0V 相應輸入信號的地 P13 Vs 電源+15V%26;#177;4% P12 VIN1 上開(kāi)關(guān)管的輸入開(kāi)關(guān)信號1,+5V邏輯(對于SKHI22A/21A為+15V邏輯) P11 FREE 空置 P10 ERROR 差錯輸出,低有效,集電極開(kāi)路輸出,最大為30V/15mA P9 TDT2 通過(guò)接地或接Vs數字調節橋臂上下開(kāi)關(guān)管的死區時(shí)間 P8 VIN2 下管的輸入開(kāi)關(guān)信號1,+5V邏輯(對于SKHI22A/21A為+15V邏輯) P7 GND/0V 相應輸入信號的地 S20 VCE1 接IGBT1的集電極(上開(kāi)關(guān)管) S15 CCE1 通過(guò)外接RCE和CCE來(lái)調節參考電壓 S14 GON1 接RON到IBGT1的基極 S13 GOFF1 接ROFF到IBGT1的基極 S12 E1 接IGBT1的發(fā)射極(上開(kāi)關(guān)管) S1 VCE2 接IGBT2的集電極(下開(kāi)關(guān)管) S6 CCE2 通過(guò)外掃RCE和CCE來(lái)調節參考電壓 S7 GON2 接RON到IGBT2的基極 S8 GOFF2 接ROFF到IGBT2的基極 S9 E2 接IGBT2的發(fā)送極(下開(kāi)關(guān)管) 2.1 SKHI22A/B的脈沖整形電路 SKHI中的脈沖整形電路的作用是在控制IBGT的脈沖信號輸入后,用短脈沖抑制電路對脈沖寬度小于500ns的開(kāi)關(guān)脈沖進(jìn)行抑制,以使其不能傳遞到IGBT,這樣可以有效的抑制電磁干擾引起的電壓尖峰對開(kāi)關(guān)管的誤觸發(fā),從而提高驅動(dòng)電路的抗干擾能力｡另外,模塊還可以對輸入的觸發(fā)脈沖進(jìn)行整形(例如常用的SG3525芯片所產(chǎn)生的脈沖在上升沿往往有電壓尖峰,而且在脈沖高低電平時(shí)有時(shí)電平會(huì )有波動(dòng)),而且在經(jīng)過(guò)SKHI整形輸出以后,波形已十分標準,因而能可靠地對IGBT進(jìn)行控制｡ 2.2 SKHI22A/B的脈沖互鎖電路 脈沖互鎖電路的互鎖時(shí)間由外接端子TDT1､TDT2和SECELT所接的高低電平來(lái)決定｡同時(shí)可由這三個(gè)端子進(jìn)行數字調節(SKHI22A只有TDT2)｡這種設計可以使不同開(kāi)關(guān)速度的開(kāi)關(guān)器件的互鎖時(shí)間均大于IGBT的關(guān)斷延遲時(shí)間,從而避免貫穿導通｡ 2.3 SKHI22A/B的欠壓保護電路 模塊內部欠壓保護電路的作用是當電源電壓低于+13V時(shí),將差錯輸出端的電平拉低,以輸出差錯信號｡ 以上三部分控制電路被集成在一塊ASIC中,與一般的分立元件組成的電路相比,這樣可以大大的提高控制電路的抗干擾能力,同時(shí)可靠性也得到了提高｡另外,SKHI系列器件的初級(控制部分)和次級(主電路部分)之間還可通過(guò)變壓器實(shí)現隔離｡ 2.4 SKHI22A/B驅動(dòng)器的輸出級 SKHI驅動(dòng)器件的輸出級采用MOSFET晶體管互補電路的形式以降低驅動(dòng)源的內阻,同時(shí)可加速I(mǎi)G-BT的關(guān)斷過(guò)程｡圖2所示是其輸出級電路｡圖中,MOSFET的源極分別和外部端子進(jìn)行連接,這樣即可通過(guò)分別串接的RON和ROFF調節IGBT的開(kāi)通和關(guān)斷速度;內部集成電壓源可提高模塊的可靠性;通過(guò)調節電源電壓可以在不減小VGE的情況下提供滿(mǎn)功率輸出脈沖,從而防止因IGBT退出飽和而損壞｡ 2.5 SKHI22A/B的短路保護 SKHI模塊利用“延時(shí)搜索過(guò)電流保護”方法通過(guò)檢測IGBT通態(tài)壓降的變化來(lái)實(shí)現IGBT的過(guò)電流保護｡當電路出現短路時(shí),出錯信號將由VCE輸入并通過(guò)脈沖變壓器傳遞到差錯控制器,以封鎖所有到IGBT的脈沖并觸發(fā)出錯信號端(P10)｡該模塊通過(guò)調節檢測VCE電壓信號的延時(shí)可以避免錯誤短路信號;其內部帶有故障缺省記憶功能,可以防止重復的高電流脈沖對開(kāi)關(guān)管的損壞,經(jīng)過(guò)幾個(gè)重復的高脈沖之后可以永久封閉脈沖輸出｡此外,它還同時(shí)帶有差錯信號輸出,可以通知主控制板做出相應的動(dòng)作｡ 2.6 SKHI22A/B的電壓隔離 使用帶涂層的環(huán)形鐵氧體變壓器可以使輸入和輸出級之間的隔離電壓達到4kV｡這是使用光耦作隔離驅動(dòng)器件所不能達到的｡使用脈沖變壓器代替光耦在原副邊之間可以防止很高的dV/dt(可以達到75kV/μs)｡ 2.7 SKHI22A/B的輔助電源 由于SKHI模塊內部有帶隔離變壓器的DC/DC變換器,因而可以節省外部變壓器并可使設計布局更加緊湊;在輔助電源原邊有欠電壓監控電路,這樣可以保證IGBT有一個(gè)安全可靠并能提供足夠功率的門(mén)極驅動(dòng)電路;每個(gè)IGBT采用相互獨立的電源｡因此,其電源之間的耦合電容很小,從而提高了開(kāi)關(guān)信號的抗干擾能力｡ 3 應用電路 SKHI22A/B的應用電路如圖3所示｡圖中,IN-PUT TOP 和INPOUT BOTTOM 分別為同一橋臂上､下開(kāi)關(guān)管的觸發(fā)脈沖;管腳TDT2接高電平+15V時(shí),死區時(shí)間為4.25μs,接低電平GND時(shí),死區時(shí)間為3.25μs｡ERROR管腳為差錯信號輸出,當模塊檢測到電路有過(guò)流､欠壓等現象并進(jìn)行保護時(shí),該管腳電平將被拉低以通知主控制板｡ 管腳S15､S6外接的RCE和CCE用于調節管子過(guò)流保護時(shí)的壓降｡對于1200V的IGBT,一般選擇RCE為18kΩ､CCE為300pF,此時(shí)管壓降門(mén)限為5V｡管腳S14､S7外接IGBT的柵極導通電阻RON,該電阻一般應在3~22Ω之間,實(shí)際應用時(shí),該電阻的發(fā)熱比較嚴重,因此建議使用2W的電阻｡管腳S13､S8外接IGBT的柵極導通電阻ROFF,其使用方法和RON一樣｡管腳S20､S1分別連接檢測上､下開(kāi)關(guān)管的漏極｡對于1700V的IGBT,通常應該串接1kΩ/0.4W的電阻｡ |
