concept的IGBT驱动板原理解读要点 - 图文

2020-04-03 10:08

板子的解读

a、有电气接口,即插即用,适用于17mm双管IGBT模块

b、基于SCALE-2芯片组双通道驱动器

命名规则:

工作框图

MOD(模式选择)

MOD输入,可以选择工作模式

直接模式

如果MOD输入没有连接(悬空),或连接到VCC,选择直接模式,死区时间由控制器设定。该模式下,两个通道之间没有相互依赖关系。输入INA直接影响通道1,输入INB直接影响通道2。在输入(INA或INB)的高电位,总是导致相应IGBT的导通。每个IGBT接收各自的驱动信号。

半桥模式

如果MOD输入是低电位(连接到GND),就选择了半桥模式。死区时间由驱动器内部设定,该模式下死区时间Td为3us。输入INA和INB具有以下功能:当INB作为使能输入时,INA是驱动信号输入。

当输入INB是低电位,两个通道都闭锁。如果INB电位变高,两个通道都使能,而且跟随输入INA的信号。在INA由低变高时,通道2立即关断,1个死区时间后,通道1导通。

只有在控制电路产生死区时间的情况下,才能选择该模式,死区时间由电阻设定。

典型值和经验公式:

Rm(kΩ)=33*Td(us)+56.4 范围:0.5us

注意:半桥上的2个开关同步或重叠时候,会短路DC link。

INA,INB(通道驱动输入,例如PWM)

它们安全的识别整个逻辑电位3.3V-15V范围内的信号。它们具有内置的4.7k下拉电阻,及施密特触发特性(见给定IGBT的专用参数表/3/)。INA或INB的输入信号任意处于临界值时,可以触发1个输入跃变。

跳变电平设置:

SCALE-2输入信号的跳变电平比较低,可以在输入侧配置电阻分压网络,相当于提升了输入侧的跳变门槛,因此更难响应噪声。

SCALE-2驱动器的信号传输延迟极短,通常小于90ns。其中包括35ns的窄脉冲抑制时间。这样可以避免可能存在的EMI问题导致的门极误触发。不建议直接将RC网络应用于INA或INB,因为传输延迟的抖动会显著升高。建议使用施密特触发器以避免这种缺点。

注意,如果同时使用直接并联与窄脉冲抑制,建议在施密特触发器后将驱动器的输入INA/INB并联起来。建议在直接并联应用中不要为每个驱动核单独使用施密特触发器,因为施密特触发器的延迟时间的误差可能会较高,导致IGBT换流时动态均流不理想。

典型情况下,当INA/INB升高到大约2.6V的阈值电压时,所有SCALE-2驱动核将会开启相应的通道。而关断阈值电压大约为1.3V。因此,回差为1.3V。在有些噪声干扰很严重的应用中,升高输入阈值电压有助于避免错误的开关行为。为此,按照图13在尽可能靠近驱动核的位置放置分压电阻R2和R3。确保分压电阻R2和R3与驱动器之间的距离尽可能小对于避免在PCB上引起干扰至关重要。

在开通瞬间,假设R2=3.3k?,R3=1k?,INA=+15V。在没有R2和R3的情况下,INA达到2.6V后驱动器立即导通。分压网络可将开通阈值电压升高至大约11.2V,关断阈值电压则提升至大约5.6V。在此例中,INA和INB信号的驱动器在IGBT导通状态下必须持续提供3.5mA(串联电路上为4.3K,15V时所消耗)的电流。

SO1,SO2(状态输出)

输出SOx是集电极开路三极管。没有检测到故障条件,输出是高阻。开路时,内部500uA电流源提升SOx输出到大约4V的电压。在通道“x”检测到故障条件时,相应的状态输出SOx变低电位(连接到GND)。

2个SOx输出可以连接到一起,提供1个公共故障信号。但是,建议单独评估状态信号,以达到快速准确的故障诊断。

状态信号是怎样处理的

1、二次侧的故障(IGBT模块短路或电源欠压检测)立即传输到相应的SOx输出。检测到短路电流的驱动器将发送1个故障反馈给相应的SOx输出。在大约1.4us的额外延时后,相应的IGBT将被关断。在该延时期间,IGBT不能被关断。

在闭锁时间TB过去后,SOx输出自动复位(返回到高阻状态)。

2、一次侧电源欠压同时指示到2个SOx输出。当一次侧电源欠压消失时(参阅定时信息的相关参数表/3/),2个SOx输出自动复位(返回到高阻状态)。

如果并联情况下电源欠压,相应的驱动器将发送1个故障反馈给相应的SOx输出,并立即关断相应的IGBT(s)。然后建议立即给所有并联的驱动器发送关断信号。然后,经过1个短暂的延时后,相应的IGBTs将会被关断。

对于SO信号的处理,有以下原则:

1. SO信号必须有明确的点位,最好就近上拉;

2 SO信号经过长线传输时 可以考虑配合信号经过长线传输时,可以考虑配合缓冲器,以提高电压信号抗扰能力,且接收端要配合阻抗合适的下拉电阻;

SOx故障输出端有20mA的驱动能力。与主控制器的距离越长,SOx线路对EMC越敏感,因为普通控制器输入的阻抗比较高。如果未检测到故障状况,SOx输出为高阻抗。因此,很容易有电压尖峰被感应出来。(上图)中将上拉电阻R4放置在SOx线路末端靠近控制器的一侧的方案是不推荐的。图中显示的两种解决方案(中图和下图)可以解决这个问题:

1、将缓冲器按照图(中图)放置在靠近驱动器SOx端子的位置。建议使用R4>1k?的上拉电阻上拉至VCC。如果发生故障,相应的SOx输出将被拉到GND。建议将该电阻放置得尽可能靠近驱动器。图中100?电阻可保护缓冲器免受电磁干扰。下拉电阻R5可保护控制器输入免受电压尖峰影响。

2、在图(下图)中,由10?电阻和肖特基二极管构成的保护网络可保护驱动器的SOx输出。

TB(调整闭锁时间TB的输入)

该端子TB,允许通过连接1个外部电阻到GND,来减少工厂设定的闭锁时间。下文的等式计算管脚TB和GND之间的必须连接的电阻Rb的值,以设定要求的闭锁时间Tb(典型值):

通过选择Rb=0Ω,闭锁时间也可以设置为最小值9us(典型值)。

如果不使用,输入TB可以悬空。


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