新型IGBT/MOSFET驅(qū)動模塊SKHI22A/B
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關(guān)鍵詞：IGBT；驅(qū)動模塊 ；SKHI22A/B
１ 概述
ＳＫＨＩ系列驅(qū)動模塊是德國西門康（ＳＥＭＩＫＲＯＮ）公司推出的一種新型ＩＧＢＴ／ＭＯＳＦＥＴ驅(qū)動模塊。ＳＫＨＩ系列驅(qū)動模塊主要有以下特點：
●僅需一個不需隔離的＋１５Ｖ電源供電?
●抗ｄＶ／ｄｔ能力可以達到７５ｋＶ／μｓ?
●控制電路和ＩＧＢＴ主電路之間的隔離電壓可以達到４ｋＶ
●輸出峰值電流可以達到３０Ａ?
●同一橋臂上下開關(guān)管驅(qū)動信號具有互鎖功能，可以防止兩個開關(guān)管的貫穿導(dǎo)通?
●死區(qū)時間、ＶＣＥ的監(jiān)控、ＲＧＯＮ／ＯＦＦ可以分別調(diào)節(jié)，因而可以對不同用戶的特殊需求進行優(yōu)化?
●可以輸出差錯信號以通知控制系統(tǒng)?
●具有過流、欠壓保護功能。
下面主要以ＳＫＨＩ２２Ａ為例，對ＳＫＨＩ系列驅(qū)動模塊進行介紹。
２ 內(nèi)部結(jié)構(gòu)及原理
ＳＫＨＩ２２Ａ／Ｂ引腳功能排列如表１所列。圖１所示是ＳＫＨＩ系列驅(qū)動器的內(nèi)部電路原理圖。
表1 SKHI22A的引腳功能
| 引腳號 | 引腳名稱 | 引腳說明 |
| P14 | GND/0V | 相應(yīng)輸入信號的地 |
| P13 | Vs | 電源+15V4% |
| P12 | VIN1 | 上開關(guān)管的輸入開關(guān)信號1，+5V邏輯（對于SKHI22A/21A為+15V邏輯） |
| P11 | FREE | 空置 |
| P10 | ERROR | 差錯輸出，低有效，集電極開路輸出，最大為30V/15mA |
| P9 | TDT2 | 通過接地或接Vs數(shù)字調(diào)節(jié)橋臂上下開關(guān)管的死區(qū)時間 |
| P8 | VIN2 | 下管的輸入開關(guān)信號1，+5V邏輯（對于SKHI22A/21A為+15V邏輯） |
| P7 | GND/0V | 相應(yīng)輸入信號的地 |
| S20 | VCE1 | 接IGBT1的集電極（上開關(guān)管） |
| S15 | CCE1 | 通過外接RCE和CCE來調(diào)節(jié)參考電壓 |
| S14 | GON1 | 接RON到IBGT1的基極 |
| S13 | GOFF1 | 接ROFF到IBGT1的基極 |
| S12 | E1 | 接IGBT1的發(fā)射極（上開關(guān)管） |
| S1 | VCE2 | 接IGBT2的集電極（下開關(guān)管） |
| S6 | CCE2 | 通過外掃RCE和CCE來調(diào)節(jié)參考電壓 |
| S7 | GON2 | 接RON到IGBT2的基極 |
| S8 | GOFF2 | 接ROFF到IGBT2的基極 |
| S9 | E2 | 接IGBT2的發(fā)送極（下開關(guān)管） |
２．１ ＳＫＨＩ２２Ａ／Ｂ的脈沖整形電路
ＳＫＨＩ中的脈沖整形電路的作用是在控制ＩＢＧＴ的脈沖信號輸入后，用短脈沖抑制電路對脈沖寬度小于５００ｎｓ的開關(guān)脈沖進行抑制，以使其不能傳遞到ＩＧＢＴ，這樣可以有效的抑制電磁干擾引起的電壓尖峰對開關(guān)管的誤觸發(fā)，從而提高驅(qū)動電路的抗干擾能力。另外，模塊還可以對輸入的觸發(fā)脈沖進行整形（例如常用的ＳＧ３５２５芯片所產(chǎn)生的脈沖在上升沿往往有電壓尖峰，而且在脈沖高低電平時有時電平會有波動），而且在經(jīng)過ＳＫＨＩ整形輸出以后，波形已十分標準，因而能可靠地對ＩＧＢＴ進行控制。
２．２ ＳＫＨＩ２２Ａ／Ｂ的脈沖互鎖電路
脈沖互鎖電路的互鎖時間由外接端子ＴＤＴ１、ＴＤＴ２和ＳＥＣＥＬＴ所接的高低電平來決定。同時可由這三個端子進行數(shù)字調(diào)節(jié)（ＳＫＨＩ２２Ａ只有ＴＤＴ２）。這種設(shè)計可以使不同開關(guān)速度的開關(guān)器件的互鎖時間均大于ＩＧＢＴ的關(guān)斷延遲時間，從而避免貫穿導(dǎo)通。
２．３ ＳＫＨＩ２２Ａ／Ｂ的欠壓保護電路
模塊內(nèi)部欠壓保護電路的作用是當電源電壓低于＋１３Ｖ時，將差錯輸出端的電平拉低，以輸出差錯信號。
以上三部分控制電路被集成在一塊ＡＳＩＣ中，與一般的分立元件組成的電路相比，這樣可以大大的提高控制電路的抗干擾能力，同時可靠性也得到了提高。另外，ＳＫＨＩ系列器件的初級（控制部分）和次級（主電路部分）之間還可通過變壓器實現(xiàn)隔離。
２．４ ＳＫＨＩ２２Ａ／Ｂ驅(qū)動器的輸出級
ＳＫＨＩ驅(qū)動器件的輸出級采用ＭＯＳＦＥＴ晶體管互補電路的形式以降低驅(qū)動源的內(nèi)阻，同時可加速ＩＧ-ＢＴ的關(guān)斷過程。圖２所示是其輸出級電路。圖中，ＭＯＳＦＥＴ的源極分別和外部端子進行連接，這樣即可通過分別串接的ＲＯＮ和ＲＯＦＦ調(diào)節(jié)ＩＧＢＴ的開通和關(guān)斷速度；內(nèi)部集成電壓源可提高模塊的可靠性；通過調(diào)節(jié)電源電壓可以在不減小ＶＧＥ的情況下提供滿功率輸出脈沖，從而防止因ＩＧＢＴ退出飽和而損壞。
２．５ ＳＫＨＩ２２Ａ／Ｂ的短路保護
ＳＫＨＩ模塊利用“延時搜索過電流保護”方法?通過檢測ＩＧＢＴ通態(tài)壓降的變化來實現(xiàn)ＩＧＢＴ的過電流保護。當電路出現(xiàn)短路時，出錯信號將由ＶＣＥ輸入并通過脈沖變壓器傳遞到差錯控制器，以封鎖所有到ＩＧＢＴ的脈沖并觸發(fā)出錯信號端（Ｐ１０）。該模塊通過調(diào)節(jié)檢測ＶＣＥ電壓信號的延時可以避免錯誤短路信號；其內(nèi)部帶有故障缺省記憶功能，可以防止重復(fù)的高電流脈沖對開關(guān)管的損壞，經(jīng)過幾個重復(fù)的高脈沖之后可以永久封閉脈沖輸出。此外，它還同時帶有差錯信號輸出，可以通知主控制板做出相應(yīng)的動作。
２．６ ＳＫＨＩ２２Ａ／Ｂ的電壓隔離
使用帶涂層的環(huán)形鐵氧體變壓器可以使輸入和輸出級之間的隔離電壓達到４ｋＶ。這是使用光耦作隔離驅(qū)動器件所不能達到的。使用脈沖變壓器代替光耦在原副邊之間可以防止很高的ｄＶ／ｄｔ（可以達到７５ｋＶ／μｓ）。
２．７ ＳＫＨＩ２２Ａ／Ｂ的輔助電源
由于ＳＫＨＩ模塊內(nèi)部有帶隔離變壓器的ＤＣ／ＤＣ變換器，因而可以節(jié)省外部變壓器并可使設(shè)計布局更加緊湊；在輔助電源原邊有欠電壓監(jiān)控電路，這樣可以保證ＩＧＢＴ有一個安全可靠并能提供足夠功率的門極驅(qū)動電路；每個ＩＧＢＴ采用相互獨立的電源。因此，其電源之間的耦合電容很小，從而提高了開關(guān)信號的抗干擾能力。
３ 應(yīng)用電路
ＳＫＨＩ２２Ａ／Ｂ的應(yīng)用電路如圖３所示。圖中，ＩＮ-ＰＵＴ?ＴＯＰ?和ＩＮＰＯＵＴ?ＢＯＴＴＯＭ?分別為同一橋臂上、下開關(guān)管的觸發(fā)脈沖；管腳ＴＤＴ２接高電平＋１５Ｖ時，死區(qū)時間為４．２５μｓ，接低電平ＧＮＤ時，死區(qū)時間為３．２５μｓ。ＥＲＲＯＲ管腳為差錯信號輸出，當模塊檢測到電路有過流、欠壓等現(xiàn)象并進行保護時，該管腳電平將被拉低以通知主控制板。
管腳Ｓ１５、Ｓ６外接的ＲＣＥ和ＣＣＥ?用于調(diào)節(jié)管子過流保護時的壓降。對于１２００Ｖ的ＩＧＢＴ，一般選擇ＲＣＥ為１８ｋΩ、ＣＣＥ為３００ｐＦ，此時管壓降門限為５Ｖ。管腳Ｓ１４、Ｓ７外接ＩＧＢＴ的柵極導(dǎo)通電阻ＲＯＮ，該電阻一般應(yīng)在３～２２Ω之間，實際應(yīng)用時，該電阻的發(fā)熱比較嚴重，因此建議使用２Ｗ的電阻。管腳Ｓ１３、Ｓ８外接ＩＧＢＴ的柵極導(dǎo)通電阻ＲＯＦＦ，其使用方法和ＲＯＮ一樣。管腳Ｓ２０、Ｓ１分別連接檢測上、下開關(guān)管的漏極。對于１７００Ｖ的ＩＧＢＴ，通常應(yīng)該串接１ｋΩ／０．４Ｗ的電阻。
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