- 相關(guān)推薦
IGBT智能化驅(qū)動板SCALE
摘要:SCALE驅(qū)動是瑞士Concept公司生產(chǎn)的IGBT智能化驅(qū)動板,可用于驅(qū)動和保護IGBT。文中介紹了該IGBT智能化驅(qū)動板的主要功能、工作模式和引腳功能,給出該器件的典型應用電路。1 概述
由于IGBT(絕緣柵雙極性晶體管)是一種電壓控制型功率器件,它所需驅(qū)動功率小,控制電路簡單,導通壓降低,且具有較大的安全工作區(qū)和短路承受能力。因此,目前IGBT已在中功率以上的電力電子系統(tǒng)中(如變頻器、UPS電源、高頻焊機等)逐漸取代了POWER MOSFET及POWER BJT而成為功率開關(guān)元件市場中的重要一員。然而?如何有效地驅(qū)動并保護IGBT則成為目前電力電子領(lǐng)域中的重要研究課題之一。一個具有保護功能的驅(qū)動電路不但能在正常工作狀態(tài)下給IGBT提供所需的驅(qū)動功率,在異常工作狀態(tài)下能起保護IGBT的作用,而且應當能使電力電子系統(tǒng)中的IGBT有很好的替換特性。因此?高性能的驅(qū)動電路是提高電子產(chǎn)品品質(zhì)和可靠性,從而增強其競爭力的關(guān)鍵之一。本文介紹一種高性能、智能化的IGBT驅(qū)動板SCALE。
圖1
2 功能介紹
SCALE驅(qū)動板系列是瑞士Concept公司生產(chǎn)的,Concept公司是專業(yè)生產(chǎn)IGBT驅(qū)動電路的公司,主要為西門子/EUPEC高壓大電流IGBT模塊配套。該SCALE驅(qū)動板采用ASIC設(shè)計,僅用15V電源驅(qū)動,開關(guān)頻率可大于100kHz,且具有高可靠和長壽命特性,可驅(qū)動1700V、1200A的IGBT。1998年度贏得ABB優(yōu)秀電力電子項目稱號,其主要型號和驅(qū)動能力如表1所列。
表1 SCALE的主要型號和驅(qū)動能力
2.1 SCALE的特點
●實用范圍寬?可應用在數(shù)千瓦至數(shù)兆瓦的功率范圍及實用的耐壓要求范圍內(nèi),幾乎可工作在所有的頻率及調(diào)制模式,適用于任何廠家的模塊。
●體積小巧、結(jié)構(gòu)緊湊、應用靈活,具有直接和半橋模式可供選擇。在半橋模式下,可選用所要求的死區(qū)時間。
●成本低,具有很高的性能/價格比。除可提供柵極驅(qū)動外,還具有檢測狀況顯示及電源隔離等功能,是一種可滿足市場所有要求的、最經(jīng)濟實用的驅(qū)動板。
●使用簡便。該驅(qū)動板的電接口非常簡單,可處理5~15V電平的標準邏輯信號。具有施密特觸發(fā)器輸入特性,且對輸入信號沒有特殊要求。故障傳送使用集電極開路輸出,可與常用的邏輯電平相兼容。因為驅(qū)動板具有所有智能化驅(qū)動功能,且驅(qū)動信號、狀態(tài)傳送及電源與功率部分完全隔離,所以使用非常簡單。在大多數(shù)情況下,用智能化SCALE驅(qū)動板來驅(qū)動標準IGBT模塊,比使用智能化IGBT模塊(IPM)更加簡便,也更加靈活。
2.2 SCALE的主要功能
SCALE由電子接口LDI 、智能柵極驅(qū)動 IGD和15V DC/DC電源組成,其原理方框圖如圖1所示。由圖可見,該驅(qū)動板主要有兩個功能塊。其中功能塊#1為LDI(邏輯與驅(qū)動之間的接口),每一個LDI可驅(qū)動兩路。加在輸入端的PWM信號再通過脈沖變壓器隔離后,即可輸出驅(qū)動信號,以驅(qū)動IGBT工作。
功能塊#2為IGD(智能柵極驅(qū)動),該功能塊工作時,每路用一個IGD從脈沖變壓器接收編碼脈沖信號,然后解碼出原始的PWM信號。再經(jīng)功放,便可給IGBT柵極提供數(shù)安培的驅(qū)動電流。
(1) 電子接口LDI001
因為PWM信號的頻率和占空比變化較大,所以不能簡單地通過變壓器傳送。為此,SCALE配備了LDI001邏輯驅(qū)動接口,LDI001的結(jié)構(gòu)如圖2所示,它具有以下功能:
●可為用戶提供一個簡單的接口,兩個信號輸入端都具有施密特觸發(fā)器特性;
●與5V、15V的邏輯電平相匹配。
●產(chǎn)生半橋所需的死區(qū)時間;
●對PWM信號進行編碼,以使其可通過脈沖變壓器傳送;
●識別編碼傳送的狀態(tài)通知信號并放大,以為用戶提供一個準靜態(tài)的狀態(tài)信號。
圖2
SCALE驅(qū)動器可不加任何元件而直接與邏輯電路相連,也可通過較長的電纜相連。這種情況下,為了獲得較高的信躁比,應使用15V電平。同時應通過外接的RC網(wǎng)絡來獲得所要求的死區(qū)時間。
(2) 驅(qū)動塊IGD001
IGD001具有所有必需的智能驅(qū)動功能,如變壓器接口、過載和短路保護、鎖定時間邏輯、狀態(tài)通知、對電源電壓和輸出級的監(jiān)測等。
IGD驅(qū)動塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示,該驅(qū)動塊主要用于完成如下功能:
●對從脈沖變壓器接收的編碼信號進行解碼;
●用功放PWM信號驅(qū)動IGBT;
●監(jiān)測IGBT的過載和短路;
●監(jiān)測欠壓;
●產(chǎn)生響應時間和鎖定時間;
●給控制器(LDI001)發(fā)出狀態(tài)通知信號。
智能驅(qū)動塊IGD001所有的保護、監(jiān)測功能(如過流、短路保護和欠壓保護)都置于次級。這樣,在出現(xiàn)故障時,電路將立即被關(guān)閉并鎖定。
圖3
(3) SCALE驅(qū)動塊的保護功能
SCALE的保護主要包括短路和過流以及電源監(jiān)測。對于短路和過流保護來說,SCALE驅(qū)動中的每路都有一個Vce監(jiān)測電路。Rth為關(guān)斷閾值的參考電阻。在IGBT開通后的一段響應時間內(nèi),Vce監(jiān)測電路不起作用。而當Vce出現(xiàn)故障后,鎖定時間功能開始啟動,并在鎖定時間內(nèi)使驅(qū)動器鎖定IGBT,而不再接受輸入信號。模塊中的各路都具有自己的鎖定功能,并均由各路的LGD001實現(xiàn)。一旦Vce超過由Rth設(shè)定的閾值,鎖定將立即啟動。
SCALE中的每路都具有一個欠壓監(jiān)測電路。 當電源電壓降至10V或11V時,IGBT將執(zhí)行負壓關(guān)斷并進行故障報警。
【IGBT智能化驅(qū)動板SCALE】相關(guān)文章:
新型IGBT/MOSFET驅(qū)動模塊SKHI22A/B03-19
IGBT驅(qū)動芯片IXDN404應用及改進(一)03-07
一種專為IGBT和MOSFET設(shè)計的驅(qū)動器03-19
IGBT的保護03-20
采用IGBT的正弦波中頻逆變電源03-19
IPM驅(qū)動和保護電路的研究03-20