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SKHI22A/B是德國西門康(SEMIKRON)公司推出的一種新型的IGBT/MOSFET的驅動模塊｡文章介紹了SKHI22A/B的主要結構特點和功能,給出了它的具體應用電路｡ 1 概述 SKHI系列驅動模塊是德國西門康(SEMIKRON)公司推出的一種新型IGBT/MOSFET驅動模塊｡SKHI系列驅動模塊主要有以下特點: ●僅需一個不需隔離的+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 ●同一橋臂上下開關管驅動信號具有互鎖功能,可以防止兩個開關管的貫穿導通 ●死區時間､VCE的監控､RGON/OFF可以分別調節,因而可以對不同用戶的特殊需求進行優化 ●可以輸出差錯信號以通知控制系統 ●具有過流､欠壓保護功能｡ 下面主要以SKHI22A為例,對SKHI系列驅動模塊進行介紹｡ 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系列驅動器的內部電路原理圖｡ 表1 SKHI22A的引腳功能 引腳號 引腳名稱 引腳說明 P14 GND/0V 相應輸入信號的地 P13 Vs 電源+15V%26;#177;4% P12 VIN1 上開關管的輸入開關信號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,集電極開路輸出,最大為30V/15mA P9 TDT2 通過接地或接Vs數字調節橋臂上下開關管的死區時間 P8 VIN2 下管的輸入開關信號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(上開關管) S15 CCE1 通過外接RCE和CCE來調節參考電壓 S14 GON1 接RON到IBGT1的基極 S13 GOFF1 接ROFF到IBGT1的基極 S12 E1 接IGBT1的發射極(上開關管) S1 VCE2 接IGBT2的集電極(下開關管) S6 CCE2 通過外掃RCE和CCE來調節參考電壓 S7 GON2 接RON到IGBT2的基極 S8 GOFF2 接ROFF到IGBT2的基極 S9 E2 接IGBT2的發送極(下開關管) 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的開關脈沖進行抑制,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關管的誤觸發,從而提高驅動電路的抗干擾能力｡另外,模塊還可以對輸入的觸發脈沖進行整形(例如常用的SG3525芯片所產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有時電平會有波動),而且在經過SKHI整形輸出以后,波形已十分標準,因而能可靠地對IGBT進行控制｡ 2.2 SKHI22A/B的脈沖互鎖電路 脈沖互鎖電路的互鎖時間由外接端子TDT1､TDT2和SECELT所接的高低電平來決定｡同時可由這三個端子進行數字調節(SKHI22A只有TDT2)｡這種設計可以使不同開關速度的開關器件的互鎖時間均大于IGBT的關斷延遲時間,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,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)之間還可通過變壓器實現隔離｡ 2.4 SKHI22A/B驅動器的輸出級 SKHI驅動器件的輸出級采用MOSFET晶體管互補電路的形式以降低驅動源的內阻,同時可加速IG-BT的關斷過程｡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行連接,這樣即可通過分別串接的RON和ROFF調節IGBT的開通和關斷速度;內部集成電壓源可提高模塊的可靠性;通過調節電源電壓可以在不減小VGE的情況下提供滿功率輸出脈沖,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“延時搜索過電流保護”方法通過檢測IGBT通態壓降的變化來實現IGBT的過電流保護｡當電路出現短路時,出錯信號將由VCE輸入并通過脈沖變壓器傳遞到差錯控制器,以封鎖所有到IGBT的脈沖并觸發出錯信號端(P10)｡該模塊通過調節檢測VCE電壓信號的延時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關管的損壞,經過幾個重復的高脈沖之后可以永久封閉脈沖輸出｡此外,它還同時帶有差錯信號輸出,可以通知主控制板做出相應的動作｡ 2.6 SKHI22A/B的電壓隔離 使用帶涂層的環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有一個安全可靠并能提供足夠功率的門極驅動電路;每個IGBT采用相互獨立的電源｡因此,其電源之間的耦合電容很小,從而提高了開關信號的抗干擾能力｡ 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､下開關管的觸發脈沖;管腳TDT2接高電平+15V時,死區時間為4.25μs,接低電平GND時,死區時間為3.25μs｡ERROR管腳為差錯信號輸出,當模塊檢測到電路有過流､欠壓等現象并進行保護時,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用于調節管子過流保護時的壓降｡對于1200V的IGBT,一般選擇RCE為18kΩ､CCE為300pF,此時管壓降門限為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,實際應用時,該電阻的發熱比較嚴重,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､下開關管的漏極｡對于1700V的IGBT,通常應該串接1kΩ/0.4W的電阻｡ |
