基于1ED020I12FA的汽車級IGBT模塊驅(qū)動電路

2.1EDO2OI12FA2.1EDO2OI12FA及其低壓信號部分電路相關(guān)說明3.1ED020I12FA3.1ED020I12FA輸出部分電路相關(guān)說明基于1ED020I12FA的汽車級IGBT模塊驅(qū)動電路摘要：本文設(shè)計一套基于英飛凌1EDO2OI12FA的汽車級IGBT模塊驅(qū)動電路。所有電子原件全部采用符合AEC-Q100/10V200汽車認(rèn)證的產(chǎn)品，使之滿足EV/HEV的需要。包括電路功能說明、layout要點、重點器件的計算選型方法、電路使用注意事項以及整套電路完整料號的材料清單。1電路結(jié)構(gòu)框圖本設(shè)計采用模塊化設(shè)計，主要分為低壓信號模塊電路，驅(qū)動輸出高壓電路，和IGBT電路，主要IC為英飛凌1EDO2OI12FA,IGBT為英飛凌HybridPACK2o圖1以U相為例介紹總圖結(jié)構(gòu)。DrU圖1:電路結(jié)構(gòu)框圖1EDOUTPUTVCC2DesatDrU圖1:電路結(jié)構(gòu)框圖1EDOUTPUTVCC2Desat COUTGCLAMPEGND2VEE21EDOUTPUTVCC2DesatCourgCLAMPEGND2VEE21CT—GTETTEMPCBGBEB1GBTUHP2A圖2：1ED020I12FA及其低壓信號部分電路2.1功能說明如圖2半橋的上臂和下臂各用一片1ED,IN+作為PWM信號的輸入腳與對應(yīng)的另一個1ED芯片的IN-連接作為互鎖，硬件上沒有包含死區(qū)電路。RDY和FLT腳連在一起經(jīng)過與門送出一個總故障，4,7k上拉電阻和10n電容保證信號的可靠性和抗干擾能力，與門輸出放一個0603封裝LED作為故障指示，方便試驗和調(diào)試，沒有實際的電氣作用。RST引腳經(jīng)過各自的RC濾波電路后連接在一起，共用一個總復(fù)位。2.2PCBlayout要點RST,RDY和FLT作為敏感信號容易受到干擾而誤動作，因此需把濾波電容放在貼近芯片引腳的位置。RDY和FLT的引線要盡量短，后面的與門是個只有TSS0P5封裝的IC,非常容易放在芯片附近。圖中C5,C9應(yīng)盡量貼近18腳和20腳。minourR14R16R21optourR14R16R21opt圖3：1ED020I12FA輸出部分電路3.1功能說明如圖3為了適應(yīng)HybridPACK2開關(guān)要求，選擇開通電阻大約2.5歐，關(guān)斷電阻3歐的設(shè)計，因此需要采用push-pull結(jié)構(gòu)放大門極峰值電流。采用有源電壓箝位電路防止關(guān)斷IGBT時的Vce過沖導(dǎo)致IGBT失效。同時使用三極管作為推挽結(jié)構(gòu),可以有效的增強(qiáng)有源電壓箝位對電壓尖峰的抑制效果，具體見參考文獻(xiàn)1。D1,D6作為箝位二極管，對敏感信號進(jìn)行保護(hù)。D9,D11箝位門極電壓以防門極電壓過高而擊穿。3.2PCBlayout要點門極電阻布置見圖4,因為需要較好散熱所以選用電阻并聯(lián)再串聯(lián)的方式，方便布局布線和散熱。圖4門極電阻的布置圖3中粗線部分會走過較大電流，母線寬度大于1mm,盡量寬一些。D3,D4,D5,D8承受Vce電壓,所以應(yīng)使C點到R10和R13保持足夠的距離，以防爬電。D12應(yīng)靠近IGBT模塊GE引腳，起到最好的吸收效果。D1,D6靠近芯片Desat引腳。3.3重點器件選型C10作為控制保護(hù)延遲時間的重要電容，應(yīng)選擇COG材料的電容，建議根據(jù)系統(tǒng)響應(yīng)情況，選擇100p左右的電容，考慮對未來后續(xù)版本1ED020I12FA2的使用，可以選擇200p左右的電容，前提是IGBT保護(hù)的延遲時間應(yīng)小于10usoD1,D6,D17因箝位電流較小，選用英飛凌的BAT165。D7,D9,D10沖擊電流較大選用了Vishay的ESlPDHM3oRll,R12,R13作為限流電阻需根據(jù)系統(tǒng)實際情況進(jìn)行短路測試后選定合適的值。門極電阻功率根據(jù)公式1進(jìn)行計算，詳見參考文獻(xiàn)3。按照最大15kHz開關(guān)頻率計算，門極電阻功率約為2.2W,按照攻標(biāo)稱功率選擇7個2010的1W高功率電阻平分熱量。經(jīng)過計算得到Rl,R18,R20值為3.9歐，總功率2.2W時每個電阻耗散功率0.31W,R14,R16,R19,R21值為6.8歐，總功率2.2W時每個電阻耗散功率0.31Wo在正電源和負(fù)電源端各并聯(lián)兩個4.7uFX7R的電容，以保證供電平穩(wěn)。Pdis=PR+Pr =AV虹UQg4.IGBT周邊電路相關(guān)說明IGBT周邊電路較為簡單，選擇10k電阻保證IGBT不會誤開通。對NTC信號進(jìn)行簡單處理送至MCU板做進(jìn)一步處理。QassNamc:HV圖5：IGBT模塊周邊電路5測試結(jié)果如圖5圖6,分別是IGBT在開通和關(guān)斷時的波形，測試條件是直流母線250V,逆變器輸出交流有效值200ArmSo2.00usfdivlICW.kS 5.0.C2.00usfdivlICW.kS 5.0.C協(xié)g|tgj10.0Vfdiv-30.00Vofst500mVJdi^0mVoffsetI.OOV/div.QmVoffset；E.<4/DL：50.0V/div-15d.0Vofststatus圖5：IGBT開通波形10.0Vfdiv 500mX/JdivI.OOVJdiv10.0Vfdiv 500mX/JdivI.OOVJdiv 50.0V/div-30.00vofst qmVoffsetomvoffset-isd.ovotststatus圖6：IGBT關(guān)斷波形6材料清單DescriptionDesignatorManufacturerPartNumberQtyCap-0603-1n/100V/0.1/C0GC1.C6.C18KemetC0603C102K1GACAUTO3Cap-0603-10n/25V/0.1/X7RC2,C7,C20,C23,C24KemetC0603C103K3RACAUTO5Cap-0603-100p/100V/0.1/C0GC3,C8.C11KemetC0603C101K1GACAUTO3Cap-0603-100n/25V/0.1/X7RC4,C5,C9,C12,C15KemetC0603C104K3RACAUTO5Cap-0603-200p/100V/0.1/C0GC10KemetC0603C201K1GACAUTO1Cap-1210-4.7U/25V/0.1/X7RC13,C14,C16,C17KemetC121OC475K3RACAUTO4

Cap-0805-10n/50V/10%/X7RC195C22KernelC0805C103K5RACAUTO2Cap-0805-1u/16V/0.1/X7RC21KernelC0805C105K4RACAUTO1MediumPowerAFSchottkyDiodeD1,D6,D11InfineonBAT1653UltrafastRectifier/600VD35D4VishayUS1JHE32TVSDiodes-UNI/250VD5,D8VishayP6SMB250CA2UltrafastRectifier/200VD7,D9,D10,D13VishayES1PDHM34TVSD12ONsemiSZ侶MB14CAT3G1SingleIGBTDriverICIC15IC3Infineon1ED020I12FA2Single2-inputANDgateIC2NXP74LVC1G08GW1650VIGBT/HybridPACK2IC4InfineonFS800R07A2E31OperationalAmplifiersIC5AnalogDevicesAD8628WARTZ1LED-SML/RedLD1RohmSML-512UWT861NPNLowSaturationTransistor60VQ1ZetexZXTN2010Z1PNPLowSaturationTransistor60VQ2ZetexZXTP2012Z1100/0603/1%R15R3,R6,R8RohmMCR03EZPFX100044.7k/0603/1%R2,R4,R7,R9RohmMCR03EZPFX470142.2k/0603/1%R5RohmMCR03EZPFX220111.0k/0603/1%R105R265R28RohmMCR03EZPFX1001310/0603/1%R11,R12,R13RohmMCR03EZPFX10R036.8/2010/1%R14,R16,R19,R21VishayCRCW20106R80FKEFHP43.9/2010/1%R15,R18,R20VishayCRCW20103R90FKEFHP347/0805/1%R17RohmMCR10EZPF47R0116/1210/1%R22VishayCRCW121016R0FKEFHP13.0/1206/1%R23VishayCRCW12063R00FKEFHP110k/0603/1%R24,R27,R29RohmMCR03EZPFX100230/0603/5%R25RohmMCR03EZPJ0001JSTHVDConnector0