隔離驅(qū)動IGBT和Power MOSFET等功率器件設(shè)計所需要的一些技巧
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),過載,短路等條件所造成的損害。本在線研討會介紹了為何光耦柵極驅(qū)動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)動能力,及開關(guān)速度快等長處之外,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,和有源米勒鉗位。在電力轉(zhuǎn)換器,電機(jī)驅(qū)動,太陽能和風(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)計這些光耦柵極驅(qū)動器來有效的使用/控制這些功能使到整個系統(tǒng)更簡單,高效,可靠,是系統(tǒng)設(shè)計工程師不可或缺的技能!
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/201706/351103.htm下面是本次在線研討會上的工程師朋友與專家的精彩互動摘選(二)。了解更多Avago IGBT門驅(qū)動產(chǎn)品,請點(diǎn)擊鏈接。
1、請問:故障保護(hù)功能有哪些?都是集成在隔離驅(qū)動器里嗎?謝謝!
3種故障保護(hù)功能都集成到Avago的高集成柵極驅(qū)動器ACPL-33xJ里 - UVLO(以避免VCC2電平不足夠時開啟IGBT),DESAT(以保護(hù)IGBT過電流或短路),和米勒鉗位(以防止寄生米勒電容造成的IGBT誤觸發(fā))
2、請問:如何避免米勒效應(yīng)?謝謝!
IGBT操作時所面臨的問題之一是米勒效應(yīng)的寄生電容。這種效果是明顯的在0到 15 V類型的門極驅(qū)動器(單電源驅(qū)動器)。門集-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(門集電壓尖峰),這是潛在的危險。
當(dāng)上半橋的IGBT打開操作,dVCE/ dt電壓變化發(fā)生跨越下半橋的IGBT。電流會流過米勒的寄生電容,門極電阻和內(nèi)部門極驅(qū)動電阻。這將倒至門極電阻電壓的產(chǎn)生。如果這個電壓超過IGBT門極閾值的電壓,可能會導(dǎo)致寄生IGBT道通。
有兩種傳統(tǒng)解決方案。首先是添加門極和發(fā)射極之間的電容。第二個解決方法是使用負(fù)門極驅(qū)動。第一個解決方案會造成效率損失。第二個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縮短門極 - 發(fā)射極的路徑, 通過使用一個額外的晶體管在于門極 - 發(fā)射極之間。達(dá)到一定的閾值后,晶體管將短路門極 - 發(fā)射極地區(qū)。這種技術(shù)被稱為有源米勒鉗位, 提供在我門的ACPL-3xxJ產(chǎn)品。你可以參考Avago應(yīng)用筆記 AN5314
3、請問:對于工作于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)動光耦能否僅以單電源供電就能實(shí)現(xiàn)高可靠性驅(qū)動,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 的門極驅(qū)動光耦可以輸出電流 2.5A。這些產(chǎn)品適合驅(qū)動1200V,100A類型的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)計者可以使用內(nèi)部內(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,需要連接到VEE。
4、請問:在哪些應(yīng)用場合需要考慮米勒效應(yīng)的影響?謝謝!
IGBT操作時所面臨的問題之一是米勒效應(yīng)的寄生電容。這種效果是明顯的在0到 15 V類型的門極驅(qū)動器(單電源驅(qū)動器)。門集-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(門集電壓尖峰),這是潛在的危險。
當(dāng)上半橋的IGBT打開操作,dVCE/ dt電壓變化發(fā)生跨越下半橋的IGBT。電流會流過米勒的寄生電容,門極電阻和內(nèi)部門極驅(qū)動電阻。這將倒至門極電阻電壓的產(chǎn)生。如果這個電壓超過IGBT門極閾值的電壓,可能會導(dǎo)致寄生IGBT道通。
有兩種傳統(tǒng)解決方案。首先是添加門極和發(fā)射極之間的電容。第二個解決方法是使用負(fù)門極驅(qū)動。第一個解決方案會造成效率損失。第二個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縮短門極 - 發(fā)射極的路徑, 通過使用一個額外的晶體管在于門極 - 發(fā)射極之間。達(dá)到一定的閾值后,晶體管將短路門極 - 發(fā)射極地區(qū)。這種技術(shù)被稱為有源米勒鉗位, 提供在我門的ACPL-3xxJ產(chǎn)品。你可以參考Avago應(yīng)用筆記 AN5314
5、請問:我們光伏逆變器是安裝在電廠,環(huán)境溫度相當(dāng)惡劣,請問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、請問:貴公司光耦絕緣耐壓多高?謝謝!
我們的門極驅(qū)動光耦有不同的封裝。每個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、請問:欠壓,缺失飽和如何更好的被避免?謝謝!
AVAGO門極驅(qū)動光耦帶有欠壓閉鎖 (UVLO)保護(hù)功能。當(dāng)IGBT故障時,門極驅(qū)動光耦供電的電壓可能會低于閾值。有了這個閉鎖保護(hù)功能可以確保IGBT繼續(xù)在低電阻狀態(tài)。
我們的智能門極驅(qū)動光耦, HCPL-316J和ACPL-33xJ,附帶DESAT檢測功能。當(dāng)DESAT引腳上的電壓超過約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。
在同一時間,那1X小粒晶體管會導(dǎo)通,把IGBT的柵極電平 通過RG電阻來放電。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、請問:光耦柵極驅(qū)動器最高的輸出電流是多少?謝謝!
根據(jù)您選擇的器件型號,Avago的光耦門極驅(qū)動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、請問: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,Avago的光耦門極驅(qū)動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。
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