新型IGBT集成驱动模块2SD315A应用研究

大功率 IGBT驱动模块 2SD315A的特性及其应用

第20卷第3、4期

2003年7月

现　代　电　力

MODERN　ELECTRIC　POWERVol120　No13,4

July1　2003

新型IGBT集成驱动模块2SD315A应用研究

孙　强　陶　健

(西安理工大学,西安　710048)

摘　要:针对目前中大功率IGBT的普遍应用,以及常用中功率IGBT集

成驱动器EXB841、M57962等的驱动能力的限制,详细介绍了一种新型的适用于中大功率IGBT的集成驱动模块2SD315A的工作原理、工作特性以及短路保护的特点,它能够驱动400A/1700V及其以上等级的IGBT模块。讨论了实际应用中涉及的具体问题,结果表明2SD315A具有很强的动态驱动能力和可靠的保护功能,是性能优良的新型IGBT集成驱动模块。

关键词:绝缘栅双极晶体管;;中图分类号:TN322+18文献标识码:A　　205

　　Bipo2

larTransistor)和组合而成的。自20世纪80年代中期出现以来,广泛地应用于电机控制、变频器和逆变电源等以及要求快速、低损耗的领域,它兼有MOSFET和GTR的优点,输入阻抗高、响应速度快、通态压降小、耐高压、承　受大电流等。由于是电压控制型器件,只要控制IGBT栅极的电压就可以控制其开通和关断,并且开通的时候维持比较低的通态压降VCE(sat)。IGBT的安全工作区和其开关特性随驱动电路的改变而改变,因此设计合理的驱动电路是其正常工作的重要保证。IGBT对驱动电路有一些基本的要求:

①动态驱动能力强,能为IGBT栅极提供具有陡峭前后沿的驱动脉冲;

②开通时能向IGBT提供合适的正向栅源电压,关断的时候可以提供足够的反向关断栅压;

③必须有足够的输入输出电隔离能力,隔离驱动电路和主回路;

④输入输出信号传输延迟小;

⑤出现短路、过流的情况下,能迅速发出过流

收稿日期:20030220

基金项目:科技部攻关项目、陕西省自然科学基金项目。

作者简介:孙　强(1955-),男,教授,主要从事测控技术与自动化装置方面的研究。

[1]

保护信号,供控制电路进行处理。

一套性能良好的驱动电路,可以使电力电子器件工作在比较理想的开关状态,缩短开关时间,减小开关损耗,对装置的运行效率、可靠性、安全性都有重要意义。本文着重介绍瑞士CONCEPT公司生产的IGBT专用集成驱动模块2SD315A的应用。

1　2SD315A模块概述

SCALE系列驱动器是瑞士CONCEPT公司生产

的用来驱动和保护IGBT或功率MOSFET的专用集成驱动模块,内部集成有过流保护电路。2SD315A能输出很大的峰值电流,具有很强的驱动能力和很高的隔离电压能力,它有两个驱动输出通道,适合驱动1200V或1700V等级的2个单管或一个半桥式的双单元IGBT模块。其中在作为半桥驱动器的时候,可以非常方便的设置死区时间。2SD315A的工作温度为0～70℃,存储温度为-40～85℃。111　管脚编号及意义

2SD315A的管脚编号及意义如表1所示。

大功率 IGBT驱动模块 2SD315A的特性及其应用

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表1　2SD315A管脚编号及意义

管脚

1～234567891011～1213～1718～2223242526～272829～3031～3233～3435363738～394041～4243～44

LS1C1Rth1E1Viso1COM1G1

现　代　电　力　　　2003年

名称

VDDSQ1VL/ResetRClInBRC2MODSO2InAGNDVDCGND(dc)LS2C2Rth2E2Viso2COM2引出接线端

+15V输入端电源

状态输出通道1逻辑电平/复位死区时间设置通道1

输入通道B

死区时间设置通道2

模式选择端状态输出通道2输入通道A输入接地端

+15VDC/DC变换器电源DC/DC变换器接地端通道2工作状态端通道2集电极通道2集考电阻通道2发射极通道22空置

通道1工作状态端通道1集电极通道1参考电阻通道1发射极通道1封锁电容通道1公共端通道1栅极

1,IGD指

。

由图1可知,2SD315AViso2驱动器分为接口单元、电气隔离、驱动单元等几个部分。该驱动器的每个驱动器通道,都把控制回路和主功率回路进行了电气隔离,并且都有短路和过流保护电路功能来保护功率半导体器件,还有工作状态输出电路来检测电路是否正常工作,以便把状态信号传输给控制回路进行处理。

控制回路产生的PWM信号一般不能简单的通过变压器传送,尤其是在有很大的频率变化和占空比变换时,逻辑驱动接口单元LDI主要是为此设计的,其主要功能如下:

①用户提供一个简单的界面,每个信号输入都具有施密特触发特性;②简单匹配使用的逻辑电平(5～15V);③在半桥模式使用时可以产生所需要的死区时间,当然这个功能也可以屏蔽掉;

④把送来的PWM信号进行编码以便通过脉冲变压器来传输;

⑤对传送过来的状态信号进行解码,以传输给控制回路进行处理。

在2SD315A中,所有智能门极驱动的功能都集成在智能门极驱动单元IGD中,包括变压器接口、过流和短路保护,封锁时间逻辑,状态确认,监测供电电压和输出,其主要功能如下:

①对通过脉冲变压器传送来的信号进行解码;②把PWM信号进行放大以驱动功率器件;

112　电气特性和性能参数

2SD315A的电气特性和性能参数如表2所示。

表2　2SD315A的电性和性能参数参数

电源电压VDD

VCC/V

典型值

15

参数

输出高电平/V

典型值

15

输入逻辑电平/V5～15输出低电平/V-15

供电电流/mA40～490开通延迟时间/ns300工作频率/kHz0～100开通上升时间/ns100～160输出电流/A-15～15　关断延迟时间/ns350关断下降时间/ns80～130最大隔离电压/V4000dV/dt抑制率/kV/

100故障输出电流/mA115

2　工作模式及其工作过程

211　2D315A驱动器结构框图

注:在图1中“3”代表“Visol”,“33

”

大功率 IGBT驱动模块 2SD315A的特性及其应用

第3、4期孙　强等:新型IGBT集成驱动模块2SD315A应用研究

表3。

表3　死区时间设置情况表

R10k10k15k22k33k

C47pF100pF120pF150pF220pF

81

③检测功率半导体过流和短路状态;

④产生响应时间和封锁时间;

⑤输出状态信号到控制单元LDI。212　工作模式

2SD315A有两种工作模式,即直接模式和半桥模式,靠模式选择端MOD来决定。当模式选择端MOD外接高电平VCC的时候就选择了直接工作模式,在直接模式中两个驱动通道是相互独立的,InA和InB分别为两个通道的输入,SO1和SO2分别是两个通道工作状态输出端,这种工作模式下死区时间设置端RC1、RC2一定要同时接地。如果MOD端子接地,则选择了半桥工作模式,半桥模式工作时,该驱动器同时驱动一个桥臂上的两个IGBT模块,此时死区时间设置端根据需要,外接RC电路以产生所需要的死区时间。直接模式不在详细叙述,如图2所示,的电路图来加以说明

。

死区时间约200ns约500ns

μs约111μs约211μs约416

半桥工作模式时,输入端InA是PWM信号

端,而InB

是作为使能端,当InB为高电平则PWM信号有效,如果InB为低电平则所有输出全部被封锁。同时状态输出端SO1和SO2连接在一起输出状态检测信号,实际是内部集,。半3所图3　半桥模式驱动信号波形示意图

图2　2SD315A半桥工作模式外围电路图

图2所示就是2SD315A驱动半桥模块的典型外围电路,模式选择端子MOD接地。通常半桥模式都是驱动一个直流母线上的一个桥臂,为避免上下桥臂直通必须设置死区时间,在死区时间里两个管子同时关断。因此,RC1、RC2端子必须根据要求外接R …… 此处隐藏：4646字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……