IGBT智能化驅(qū)動板SCALE

1、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(yīng)用電路。     關(guān)鍵詞：IGBT；驅(qū)動模塊；SCALE概述由于（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(dǎo)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，目前已在中功率以上的電力電子系統(tǒng)中（如變頻器、電源、高頻焊機等）逐漸取代了 及 而成為

2、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)下給提供所需的驅(qū)動功率，在異常工作狀態(tài)下能起保護的作用，而且應(yīng)當(dāng)能使電力電子系統(tǒng)中的有很好的替換特性。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、智能化的驅(qū)動板。圖1功能介紹驅(qū)動板系列是瑞士公司生產(chǎn)的，公司是專業(yè)生產(chǎn)驅(qū)動電路的公司，主要為西門子高壓大電流模塊配套。該驅(qū)動板采用設(shè)計，僅用電源驅(qū)動，開關(guān)頻率可大于，且具有高可靠和長壽命特性，可驅(qū)動、的。年度贏得優(yōu)秀電力電子項目稱號，其主要型號和驅(qū)動能力

3、如表所列。表1 SCALE的主要型號和驅(qū)動能力2SD106AI可驅(qū)動兩單元400A1200V2SD106AI-17可驅(qū)動兩單元400A1700V2SD315AI可驅(qū)動兩單元1200A1700V2SD106EI可驅(qū)動六單元400A1200V2SD106EI-17可驅(qū)動六單元400A1700V 的特點實用范圍寬?可應(yīng)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(yīng)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

4、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，可處理電平的標(biāo)準(zhǔn)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，用智能化驅(qū)動板來驅(qū)動標(biāo)準(zhǔn)模塊，比使用智能化模塊（）更加簡便，也更加靈活。 的主要功能由電子接口 、智能柵極驅(qū)動 和 電源組成，其原理方框圖如圖所示。由圖可見，該驅(qū)動板主要有兩個功能塊。其中功能塊為（邏輯與驅(qū)動之間的接口），每一個可驅(qū)動兩路。加在輸入端的信號再通過脈沖

5、變壓器隔離后，即可輸出驅(qū)動信號，以驅(qū)動工作。功能塊為（智能柵極驅(qū)動），該功能塊工作時，每路用一個從脈沖變壓器接收編碼脈沖信號，然后解碼出原始的信號。再經(jīng)功放，便可給柵極提供數(shù)安培的驅(qū)動電流。（） 電子接口因為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，配備了邏輯驅(qū)動接口，的結(jié)構(gòu)如圖所示，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、的邏輯電平相匹配。產(chǎn)生半橋所需的死區(qū)時間；對信號進行編碼，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(zhǔn)靜態(tài)的狀態(tài)信號。圖2    驅(qū)動器可不

6、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(yīng)使用電平。同時應(yīng)通過外接的網(wǎng)絡(luò)來獲得所要求的死區(qū)時間。（） 驅(qū)動塊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。驅(qū)動塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖所示，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；用功放信號驅(qū)動；監(jiān)測的過載和短路；監(jiān)測欠壓；產(chǎn)生響應(yīng)時間和鎖定時間；給控制器（）發(fā)出狀態(tài)通知信號。智能驅(qū)動塊所有的保護、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 &#

7、160;  （） 驅(qū)動塊的保護功能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，驅(qū)動中的每路都有一個監(jiān)測電路。為關(guān)斷閾值的參考電阻。在開通后的一段響應(yīng)時間內(nèi)，監(jiān)測電路不起作用。而當(dāng)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，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，并均由各路的實現(xiàn)。一旦超過由設(shè)定的閾值，鎖定將立即啟動。中的每路都具有一個欠壓監(jiān)測電路。 當(dāng)電源電壓降至或時，將執(zhí)行負壓關(guān)斷并進行故障報警。 的主要工作模式 直接模式在直接模式下，各路將獨立地工作。該模式可用于已產(chǎn)生死區(qū)時間的信號的驅(qū)動，也可用于獨立工作的各路。將輸入與相連，和

8、接地，即為直接模式。在直接模式下，狀態(tài)輸出和分別返回，因此當(dāng)出現(xiàn)故障時，可以方便地確定故障出現(xiàn)在那一路。 半橋模式通過與和相連的網(wǎng)絡(luò)可獲得數(shù)百納秒的死區(qū)時間。當(dāng)輸入端為低電平時，兩路都被關(guān)斷。將輸入接地即為半橋模式，輸入為輸入，為使能輸入。在輸入端接上齊納二極管可使輸入端和設(shè)置在電平。由于該模式下的狀態(tài)輸出和連接在一起，因此，兩路故障為“或”的關(guān)系。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)為時，死區(qū)時間為。引腳功能現(xiàn)以中的為例，給出該模塊的引腳功能，圖給出了的引腳分布圖。    輸入部分引腳功能：電源地；：電源，供電源使用；：電源，供使用；：用來設(shè)置輸入端和的施密特觸發(fā)器的開關(guān)閾值。當(dāng)輸入信號為加

9、在端電壓的時，開通；為時關(guān)斷；：模式選擇；：信號輸入端；：信號輸入端；：狀態(tài)輸出；：狀態(tài)輸出；：產(chǎn)生路死區(qū)時間的網(wǎng)絡(luò)；：產(chǎn)生路死區(qū)時間的網(wǎng)絡(luò)；端：設(shè)置死區(qū)時間的網(wǎng)絡(luò)。在半橋模式中，將網(wǎng)絡(luò)與各端相連接可確定對應(yīng)各路的死區(qū)時間。死區(qū)時間隨溫度可能有很小的漂移。所接電阻不允許小于。網(wǎng)絡(luò)必須要按圖連接，并將電阻與連接，電容接地。表給出了網(wǎng)絡(luò)與死區(qū)時間的對應(yīng)關(guān)系。表2 RC網(wǎng)絡(luò)與死區(qū)時間電阻（k）電容（pF）死區(qū)時間1047200ns10100500ns151201.1s221502.1s332204.6s 輸出部分引腳功能端（柵極）:與柵極相連，并用驅(qū)動。端（發(fā)射極）:與發(fā)射極直接相連，且連線應(yīng)盡可能地短。端（集電極）:用來檢測開通時的電壓降，因此?必須直接與集電極相連。對于和模塊，應(yīng)用個或個二極管來滿足的耐壓要求。使用普通高壓二極管即可，一般不需用高壓快恢復(fù)二極管。端（參考電阻）：通過接在端的參考電阻可確定的保護關(guān)斷閾值。端的參考電位、參考電阻必須盡可能地靠近模塊。當(dāng)端的電壓超過端的電壓時，將啟動保護功能。此時電流源將提供的電流。參考電阻值可通過下列公式來