隔離驅(qū)動(dòng)IGBT等功率器件設(shè)計(jì)所需要的一些技巧

標(biāo)簽：功率器件 IGBT

功率器件，如IGBT，Power MOSFET和Bipolar Power Transistor等等，都需要有充分的保護(hù)，以避免如欠壓，缺失飽和，米勒效應(yīng)，過(guò)載，短路等條件所造成的損害。本在線研討會(huì)介紹了為何光耦柵極驅(qū)動(dòng)器能被廣泛的接受和使用，這不僅是因其所具有的高輸出電流驅(qū)動(dòng)能力，及開(kāi)關(guān)速度快等長(zhǎng)處之外，更重要的，它也具有保護(hù)功率器件的所需功能。這些功率器件的保護(hù)功能包括欠壓鎖定(UVLO)，DESAT檢測(cè)，和有源米勒鉗位。在電力轉(zhuǎn)換器，電機(jī)驅(qū)動(dòng)，太陽(yáng)能和風(fēng)力發(fā)電等系統(tǒng)的應(yīng)用上，所有這些保護(hù)功能都是重要的，因它確保這些系統(tǒng)能安全和穩(wěn)定的操作。另外，能把握如何正確的選用，設(shè)計(jì)這些光耦柵極驅(qū)動(dòng)器來(lái)有效的使用/控制這些功能使到整個(gè)系統(tǒng)更簡(jiǎn)單，高效，可靠，是系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師不可或缺的技能!

下面是本次在線研討會(huì)上的工程師朋友與專(zhuān)家的精彩互動(dòng)摘選(二)。了解更多Avago IGBT門(mén)驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品，請(qǐng)點(diǎn)擊鏈接。

1、請(qǐng)問(wèn)：故障保護(hù)功能有哪些?都是集成在隔離驅(qū)動(dòng)器里嗎?謝謝!

3種故障保護(hù)功能都集成到Avago的高集成柵極驅(qū)動(dòng)器ACPL-33xJ里 - UVLO(以避免VCC2電平不足夠時(shí)開(kāi)啟IGBT)，DESAT(以保護(hù)IGBT過(guò)電流或短路)，和米勒鉗位(以防止寄生米勒電容造成的IGBT誤觸發(fā))

2、請(qǐng)問(wèn)：如何避免米勒效應(yīng)?謝謝!

IGBT操作時(shí)所面臨的問(wèn)題之一是米勒效應(yīng)的寄生電容。這種效果是明顯的在0到 15 V類(lèi)型的門(mén)極驅(qū)動(dòng)器(單電源驅(qū)動(dòng)器)。門(mén)集-電極之間的耦合，在于IGBT關(guān)斷 期間 , 高dV / dt瞬態(tài)可誘導(dǎo)寄生IGBT道通(門(mén)集電壓尖峰)，這是潛在的危險(xiǎn)。

當(dāng)上半橋的IGBT打開(kāi)操作，dVCE/ dt電壓變化發(fā)生跨越下半橋的IGBT。電流會(huì)流過(guò)米勒的寄生電容，門(mén)極電阻和內(nèi)部門(mén)極驅(qū)動(dòng)電阻。這將倒至門(mén)極電阻電壓的產(chǎn)生。如果這個(gè)電壓超過(guò)IGBT門(mén)極閾值的電壓，可能會(huì)導(dǎo)致寄生IGBT道通。

有兩種傳統(tǒng)解決方案。首先是添加門(mén)極和發(fā)射極之間的電容。第二個(gè)解決方法是使用負(fù)門(mén)極驅(qū)動(dòng)。第一個(gè)解決方案會(huì)造成效率損失。第二個(gè)解決方案所需的額外費(fèi)用為負(fù)電源電壓。

我們的解決方案是通過(guò)縮短門(mén)極 - 發(fā)射極的路徑, 通過(guò)使用一個(gè)額外的晶體管在于門(mén)極 - 發(fā)射極之間。達(dá)到一定的閾值后，晶體管將短路門(mén)極 - 發(fā)射極地區(qū)。這種技術(shù)被稱(chēng)為有源米勒鉗位, 提供在我門(mén)的ACPL-3xxJ產(chǎn)品。你可以參考Avago應(yīng)用筆記 AN5314

3、請(qǐng)問(wèn)：對(duì)于工作于600V直流母線的30～75A、1200V IGBT而言，ACPL-33x、ACPL-H342 這5顆帶miller鉗位保護(hù)的柵極驅(qū)動(dòng)光耦能否僅以單電源供電就能實(shí)現(xiàn)高可靠性驅(qū)動(dòng)，相比于傳統(tǒng)的正負(fù)供電，可靠性是更高，還是有所不足?謝謝!

Avago ACPL-332J, ACPL-333J 以及 ACPL-H342 的門(mén)極驅(qū)動(dòng)光耦可以輸出電流 2.5A。這些產(chǎn)品適合驅(qū)動(dòng)1200V，100A類(lèi)型的IGBT。

1)當(dāng)使用負(fù)電源，就不需要使用米勒箝位，但需花額外費(fèi)用在負(fù)電源上。

2)如果只有單電源可使用，那么設(shè)計(jì)者可以使用內(nèi)部?jī)?nèi)置的有源米勒箝位。

這兩種解決方法一樣可靠。米勒箝引腳在不使用時(shí)，需要連接到VEE。

4、請(qǐng)問(wèn)：在哪些應(yīng)用場(chǎng)合需要考慮米勒效應(yīng)的影響?謝謝!

IGBT操作時(shí)所面臨的問(wèn)題之一是米勒效應(yīng)的寄生電容。這種效果是明顯的在0到 15 V類(lèi)型的門(mén)極驅(qū)動(dòng)器(單電源驅(qū)動(dòng)器)。門(mén)集-電極之間的耦合，在于IGBT關(guān)斷 期間 , 高dV / dt瞬態(tài)可誘導(dǎo)寄生IGBT道通(門(mén)集電壓尖峰)，這是潛在的危險(xiǎn)。

當(dāng)上半橋的IGBT打開(kāi)操作，dVCE/ dt電壓變化發(fā)生跨越下半橋的IGBT。電流會(huì)流過(guò)米勒的寄生電容，門(mén)極電阻和內(nèi)部門(mén)極驅(qū)動(dòng)電阻。這將倒至門(mén)極電阻電壓的產(chǎn)生。如果這個(gè)電壓超過(guò)IGBT門(mén)極閾值的電壓，可能會(huì)導(dǎo)致寄生IGBT道通。

有兩種傳統(tǒng)解決方案。首先是添加門(mén)極和發(fā)射極之間的電容。第二個(gè)解決方法是使用負(fù)門(mén)極驅(qū)動(dòng)。第一個(gè)解決方案會(huì)造成效率損失。第二個(gè)解決方案所需的額外費(fèi)用為負(fù)電源電壓。

我們的解決方案是通過(guò)縮短門(mén)極 - 發(fā)射極的路徑, 通過(guò)使用一個(gè)額外的晶體管在于門(mén)極 - 發(fā)射極之間。達(dá)到一定的閾值后，晶體管將短路門(mén)極 - 發(fā)射極地區(qū)。這種技術(shù)被稱(chēng)為有源米勒鉗位, 提供在我門(mén)的ACPL-3xxJ產(chǎn)品。你可以參考Avago應(yīng)用筆記 AN5314

5、請(qǐng)問(wèn)：我們光伏逆變器是安裝在電廠，環(huán)境溫度相當(dāng)惡劣，請(qǐng)問(wèn)貴公司光耦的工作環(huán)境溫度范圍?謝謝!

我們產(chǎn)品的工作環(huán)境溫度范圍可達(dá)-40°C至105°C。在工業(yè)應(yīng)用情況下是足夠的。如果客戶(hù)需要更高的工作溫度，我們的R2Coupler光耦可以運(yùn)作在擴(kuò)展溫度達(dá)到125°C。

6、請(qǐng)問(wèn)：貴公司光耦絕緣耐壓多高?謝謝!

我們的門(mén)極驅(qū)動(dòng)光耦有不同的封裝。每個(gè)封裝都有其自身的特點(diǎn) - 如不同的爬電距離和間隙，以配合不同的應(yīng)用。不同的爬電距離和間隙對(duì)應(yīng)于不同的工作絕緣電壓,Viorm。最大Viorm從566V至2262V之間。你可以參考隔離產(chǎn)品選型指南

7、請(qǐng)問(wèn)：欠壓，缺失飽和如何更好的被避免?謝謝!

AVAGO門(mén)極驅(qū)動(dòng)光耦帶有欠壓閉鎖 (UVLO)保護(hù)功能。當(dāng)IGBT故障時(shí)，門(mén)極驅(qū)動(dòng)光耦供電的電壓可能會(huì)低于閾值。有了這個(gè)閉鎖保護(hù)功能可以確保IGBT繼續(xù)在低電阻狀態(tài)。

我們的智能門(mén)極驅(qū)動(dòng)光耦, HCPL-316J和ACPL-33xJ，附帶DESAT檢測(cè)功能。當(dāng)DESAT引腳上的電壓超過(guò)約7V的內(nèi)部參考電壓，而IGBT仍然在運(yùn)行中，后約5μs， Fault 引腳改成邏輯低狀態(tài)， 以通知MCU / DSP。

在同一時(shí)間，那1X小粒晶體管會(huì)導(dǎo)通，把IGBT的柵極電平 通過(guò)RG電阻來(lái)放電。由于這種晶體管比實(shí)際關(guān)斷晶體管更小約50倍， IGBT柵極電壓將被逐步放電導(dǎo)致所謂的軟關(guān)機(jī)。Avago的應(yīng)用筆記 AN5324提供更詳細(xì)的軟關(guān)斷描述。

8、請(qǐng)問(wèn)：光耦柵極驅(qū)動(dòng)器最高的輸出電流是多少?謝謝!

根據(jù)您選擇的器件型號(hào)，Avago的光耦門(mén)極驅(qū)動(dòng)器最大輸出電流可以達(dá)到0.4A，0.6A，1.0A，1.5A，2.5A，3.0A，4.0A 以及 5.0A。你可以參考隔離產(chǎn)品選型指南

9、請(qǐng)問(wèn)：最大輸出電流可以達(dá)到多少安培?謝謝!

根據(jù)您選擇的器件型號(hào)，Avago的光耦門(mén)極驅(qū)動(dòng)器最大輸出電流可以達(dá)到0.4A，0.6A，1.0A，1.5A，2.5A，3.0A，4.0A 以及 5.0A。