关于IGBT驱动的几个基本问题

关于IGBT驱动的几个基本问题Page2内容„门极电压-开通电压：对饱和电压和短路电流的影响-关断电压：对关断和损耗的影响„门极电阻-对开关能耗和开关特性的影响-选择和配置的注意事项„驱动与保护-线路设计的几个原则-门极箝位，有源米勒箝位（ActiveMillerClamping）-有源箝位（ActiveClamping），动态电压上升控制（DVRC）-短路保护：Vce检测，软关断，两电平关断„对目前驱动器产品的评价（仅供参考）Page3门极电压：开通电压+Vge对饱和电压的影响VgeÇ，VcesatÈTvj=125°CTvj=125°C对短路电流的影响VgeÇ，IscÇ（tscÈ）注意：Vge规格-最大允许值±20VPage4门极电压：关断电压-Vge或0V„用-Vge（-5V…-15V)使IGBT关断更可靠，有利于防止误开通。„用0V关断，可考虑采用有源米勒箝位使关断更可靠（见后页“驱动与保护”）。„用0V…+15V开关时，门极电荷较小(以600VIGBT3为例，Qg为-15V…+15V时的40%），门极驱动电流较小。„用0V关断时，toff和Eoff较大（以600VIGBT3为例：toff为-15V时的2-3倍，Eoff比-15V时增加约10%）。注意：Vge规格-最大允许值±20V米勒电容对门极的影响（半桥中另一IGBT开通时）寄生电感对门极的影响（半桥中另一IGBT开通时）Page5门极电阻„Rg对开通影响大，表现在以下几个方面：-开通能耗（Eon）-IGBT的电流尖峰（续流二极管的反向恢复电流）-dv/dt„Rg对关断影响不明显，表现在以下几个方面：-关断能耗（Eoff）-di/dt（主要由芯片技术决定，Rg很大时才有影响）-dv/dt„Rg对开通和关断延时都有影响Eon，Eoff关断波形开通波形Rg较小Rg中等Rg较大Page6门极电阻„Rg下限：规格书中的测试条件„Rg上限：IGBT损耗/发热，死区时间„功率计算（假设驱动功耗都消耗在Rg上）：Pg=∆Vge×Qg×fsw×2其中：∆Vge=Vcc-VssQg=∆Vge/30×QGQG：见规格书（-15V…+15V）fsw：开关频率„IGBT并联时，建议每个IGBT一个Rg（共用一个驱动器），以减小IGBT内置门极电阻值误差对开关一致性的影响。0VVss/0VVccDriverPage7门极电阻15VVssextgR_int_gRPWMoRRg选择方式（仅供参考）„首先确定驱动器型号，以获取驱动器输出峰值电流。注意：规格书中的参数是基于较理想驱动器的测试结果（驱动器输出等效电阻可近似为0），且驱动电压为-15V…+15V。„选择方式一：考虑驱动器输出能力（假设输出峰值电流为输出“短路”电流）0maxint__1515RIRRRVssogextgo=≤++−int_max_goextgRIVssR−−≥„如有可能，确定所选Rg值是否满足驱动器温度要求。„通过测试最终确定合适的Rg值。int__int__)15(1515gdatasheetggextgoRRRRRVss+−−≤++−oggdatasheetgextgRRRRVssR−−+×−≥int_int___30)()15(„选择方式二：考虑下限，即对IGBT和续流二极管的冲击Page8驱动与保护线路设计和布局的几个原则：„驱动电路与IGBT门极的距离越短越好„驱动电路与IGBT模块必须用导线连接时，导线越粗越好（双绞线）„IGBT的G和E之间必须跨接电阻（10KΩ左右）„RGE和门极箝位元件尽可能直接放置在IGBT模块上„优化驱动电路在PCB上的布局Page9驱动与保护：箝位，DVRCPWM+16V-16VD2D1RGFZ2400R17KE3FF1200R12KE3DZ1R3UDVRCUAVCR1C1CDIFRAVCR2D3T1T2T3T4R4IC1tUtIT5tUτIDVRCIAVC100pF47Ω36Ω2ΩPWM+16V-16VD2D1RGFZ2400R17KE3FF1200R12KE3DZ1R3UDVRCUAVCR1C1CDIFRAVCR2D3T1T2T3T4R4IC1tUtUtItIT5tUτtUτIDVRCIAVC100pF47Ω36Ω2Ω动态电压上升控制（DVRC）有源米勒箝位„门极箝位：用肖特基二极管和电源电压将Vge限在15V，限制短路电流。„有源米勒箝位：利用附加晶体管的导通吸收由米勒电容和dv/dt产生的门极电流，保证0V关断的可靠性。„有源箝位：检测Vce，延缓IGBT关断，限制di/dt和电压尖峰。„DVRC：检测dv/dt，延缓IGBT的关断，限制di/dt和电压尖峰。门极箝位有源箝位（ActiveClamping）Page10驱动与保护：短路保护„Vce检测：-适用于直通短路等“硬”短路（低寄生电感回路）的保护-不适合用于过流保护-注意De-sat二极管的选择-消隐电容的选择受电流源误差影响电流Ic电压Vce过流短路电压Vce电流Ic短路„软关断：在检测到短路后，驱动器输出较高阻抗，等效于很大的门极电阻值，限制di/dt和电压尖峰。„两电平关断：在检测到短路后，驱动器迫使门极电压下降到第二电平（如9V-11V），以降低短路电流，延长IGBT的短路允许承受时间。关断危险区!Page11驱动器产品：目前所用技术屏蔽光耦隔离型„基本/安全隔离„传输延时大，成本高„CTR随使用时间增加而降低电平移位型（LevelShift）„无隔离的热地连接„传输延时小„需加光耦才能实现基本隔离磁性变压器型„安全隔离„传输延时小„成本高Page12目前变频器用驱动方案（仅供参考）5.55.5~~75kW75kW90kW90kW以上以上3.73.7kWkW以下以下电平移位驱动IC光隔驱动IC光隔驱动IC脉冲变压器光隔驱动IC低成本紧凑型设计智能可用自举电路驱动电流大基本保护功能电气隔离抗干扰性强保护功能齐全含DC-DC开关电源Page13CorelessTransformer（CLT）无磁芯变压器技术„基本/安全隔离„极快的信号传输速度„非常短的延迟匹配时间„性能不随使用时间增加而降低„高可靠性„高温度工作范围„低功耗TransmitterReceiverICICCLT技术的优点即将面世的新驱动IC：1ED020I12-F/FAPage14