IGBT 集成驅(qū)動(dòng)模塊2SD315AI 的應(yīng)用研究

0 引言

2SD315AI 是瑞士CONCEPT 公司專為1 200 V和1 700 V IGBT的可靠工作和安全運(yùn)行而設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)模塊，它以專用芯片組為基礎(chǔ)，外加必需的其他元件組成。該模塊采用脈沖變壓器隔離方式，能同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)IGBT模塊，可提供±15V的驅(qū)動(dòng)電壓和±15A的峰值電流，具有準(zhǔn)確可靠的驅(qū)動(dòng)功能與靈活可調(diào)的過(guò)流保護(hù)功能，同時(shí)可對(duì)電源電壓進(jìn)行欠壓檢測(cè)，工作頻率可達(dá)MHz以上;電氣隔離可達(dá)到AC4000V。

1 2SD315AI簡(jiǎn)介

1.1 外形及管腳功能

圖1 所示為2SD315AI 的外形圖，該芯片共有44個(gè)管腳。具體功能如下：

腳1，2(VDD) 信號(hào)電源;

腳3(SO1) 通道1狀態(tài)輸出;

腳4(VL/Reset)

定義邏輯電平/錯(cuò)誤信號(hào)復(fù)位;

腳5(RC1) 通道1死區(qū)RC 網(wǎng)絡(luò);

腳6(INB) PWM2/ENABLE;

腳7(RC2) 通道2死區(qū)RC網(wǎng)絡(luò);

腳8(MOD) 模式選擇;

腳9(SO2) 通道2狀態(tài)輸出;

腳10(INA) PWM1/PWM;

腳11，12(GND) 信號(hào)電源地;

腳13~17(VDC) DC/DC 驅(qū)動(dòng)電源;

腳18~22(GND) DC/DC 驅(qū)動(dòng)電源地;

腳23(Ls2) 通道2的狀態(tài)顯示端;

腳24(C3) 通道2的集電極檢測(cè)端;

腳25(Rth2) 通道2的閾值電阻端;

腳16，27(E2)通道3的發(fā)射極;

腳28(Viso2) 通道3的DC/DC輸出側(cè)電源;

腳29，30(COM2) 通道3的DC/DC 輸出側(cè)地;

腳31.32(G2) 通道2的柵極;

腳33，34(NC)未用;

腳35(Ls1) 通道1的狀態(tài)顯示端;

腳36(C1) 通道1的集電極檢測(cè)端;

腳37(Rth1) 通道1的閾值電阻端;

腳38，39(E1)通道1的發(fā)射極;

腳40(Viso1) 通道1的DC/DC輸出側(cè)電源;

腳41，42(COM1) 通道1的DC/DC 輸出側(cè)地;

腳43，44(G1)通道1的柵極。

1.2 主要參數(shù)

1.2.1 2SD315AI 的極限參數(shù)

供電電壓VDD和VDC 16 V;

邏輯信號(hào)輸入電平VDD;

門極峰值電流Iout ±18 A;

內(nèi)部開(kāi)關(guān)電源輸出功率6 W;

輸入輸出隔離電壓AC 4 000 V 50 Hz/min;

工作溫度-40~85℃。

1.2.2 2SD315AI 的主要電參數(shù)

輸入輸出延遲開(kāi)通時(shí)間tpdon 300 ns;

關(guān)斷時(shí)間tpdoff 350 ns;

短路或欠壓保護(hù)阻斷時(shí)間1 s;

輸出上升時(shí)間tr out 160 ns;

輸出下降時(shí)間tf out 130 ns;

最大電壓上升率100 kV/μs。

2 工作原理與保護(hù)功能

2.1 工作原理

圖2為2SD315AI的功能框圖。它主要由DC/DC轉(zhuǎn)換電路、輸入處理電路、驅(qū)動(dòng)輸出及邏輯保護(hù)電路組成。

DC/DC轉(zhuǎn)換電路的功能是將輸入部分與工作部分進(jìn)行隔離。而其輸入處理電路由電子接口(邏輯與驅(qū)動(dòng)之間的接口)LDI001及其外圍電路組成。由于控制電路產(chǎn)生的PWM信號(hào)不能直接通過(guò)脈沖變壓器，特別是當(dāng)脈沖信號(hào)的頻率和占空比變化較大時(shí)，尤為困難。LDI001就是專門為此而設(shè)計(jì)的，此專用集成芯片的功能主要是對(duì)輸入的PWM信號(hào)進(jìn)行編碼，以使之可通過(guò)脈沖變壓器進(jìn)行傳輸。由于該器件內(nèi)部帶有施密特觸發(fā)器，因此對(duì)輸入端信號(hào)無(wú)特殊的邊沿陡度要求，并能提供準(zhǔn)靜態(tài)的狀態(tài)信號(hào)反饋。其設(shè)計(jì)為集電極開(kāi)路方式，可以適應(yīng)任何電平邏輯，并可直接產(chǎn)生半橋所需的死區(qū)時(shí)間。

驅(qū)動(dòng)輸出及邏輯保護(hù)電路的核心芯片是IGD001。它將變壓器接口、過(guò)流短路保護(hù)、阻斷邏輯生成、反饋狀態(tài)記錄、供電監(jiān)視和輸出階段識(shí)別等功能都已集成在一起。一個(gè)IGD用于一個(gè)通道，其具體功能是對(duì)脈沖變壓器傳來(lái)的PWM 信號(hào)進(jìn)行解碼和功率放大，實(shí)現(xiàn)IGBT 的短路、過(guò)流及電源的欠壓檢測(cè)保護(hù)，并向LDI反饋狀態(tài)，以產(chǎn)生短路保護(hù)的響應(yīng)時(shí)間和阻斷時(shí)間等。IGD 所有的保護(hù)、檢測(cè)功能(如過(guò)流、短路保護(hù)和欠壓保護(hù))都置于次級(jí)，因此，在出現(xiàn)故障時(shí)，電路將立即被關(guān)閉并鎖定。

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