英飞凌驱动培训及其使用中的问题课件.ppt

1、IGBT门极驱动选型: 通过IGBT 数据手册对IGBT驱动选型: 例如: 选择适用于英飞凌IGBT模块FF450R17KE4的IGBT驱动门极驱动功率的计算:- 门极充电电容，通过公式Q=C*V 算出.通常IGBT生产厂商用一个门极电压30V(15V)来指定门极充电电量。SCALE-2技术的CONCEPT IGBT门极驱动使用关断电压在-8 到-15V之间。- 驱动功率，通过门极充电电容计算P=Q * fsw*V- 驱动功率，通过数据手册的输入电容计算P=Cies* fsw* V2*5例：门极充电电容4.6c开关频率4kHz: P=4.6c*4kHz*30VP=0,552W输入电容36nF开

2、关频率4kHz: P=36nF .4kHz .302 V2. 5P=0,64W门极驱动电流的计算- 门极电流由门极驱动电压和门极电阻决定- 门极电阻由IGBT芯片或等于IGBT模块内置电阻,加上外置门极驱动电阻- 开通和关断的峰值门极驱动电流通过公式计算Imax=V/(Rinternal+Rexternal)Rinternal=1,7Rexternal= 3,3Imax =30V/(1,7+3,3)Imax =6A: 选择合适的IGBT驱动- 电压等级1700V- 门极驱动功率P=0,64W- 门极电流Imax =6ACONCEPT IGBT驱动对IGBT的保护: IGBT是如何被损坏的?VC

3、E过压VGE过压高dv/dtESD长时间过流IC 短 路 电 流 超 过10s高di/dt温度Tj150Tcase150Tcase-40机械压力热循环震荡热冲击功率循环我们对短路的定义: IGBT引脚短路: SC case 1: 硬件或软件故障: 设计失误: Vce sat过压检测:变频器终端短路: Vce sat过压检测: 电流传感器检测: 发动机短路。高电感量,例如相间短路或相对地短路: 此时Vce sat过压检测无法保护IGBT: 低感短路保护波形短路时间和电流是VGE的函数 tcs;Ics= f (VGE);短路保护电路通用驱动短路保护即插即用驱动短路保护有源箝位保护：新一代SCALE

4、-2 产品的保护功能。带软关断的先进自动箝位+15V 门极箝位通过V进行VCE sat监测独立控制开通和关断并联技术并联电路的动态和静态电流均流: IGBT模块并联连接时电流分布的均衡性取决于很多因素。我们需要区别对待动态电流分流和静态电流分流。: 静态电流均流由IGBT的开通和通过的电流确定：: 每个半桥并联连接的电阻差异: 并联中连接芯片的VCE sat 和 VF。: 并联中各连接半桥的温度差异。: VGE: 动态电流分流，在开通和关断时的动态电流分流可以由一下因素决定: IGBT芯片的VGEth分部: 单个半桥间与直流母线的杂散电感Ld的差异: 在转换过程中的磁场分布: 并联半桥间的温度

5、差异: VGE: 门极-发射极的电感: 对直流总线杂散电感的调整所有SCALE IGBT门极驱动都能用于简单的并联IGBT。: 每个IGBT模块都需要自己的门极电阻: 辅助发射极需要由以下途径扩大- 发射极电阻- 共模抑制:门极-发射极电缆需要长度和横截面都均衡对称。: 为了减少门极-发射极的电感有必要将门极发射极电缆绞在一起。: 注意：越快开关IGBT，门极-发射极的电缆电感作用越明显.: !不同的电缆长度= 不同的开关性能!用SCALE-2 IGBT门极驱动并联SCALE-2 IGBT门极驱动拥有: 非常低的延迟时间 90ns: 非常小的波动 8ns: SCALE-2 IGBT门极驱动适合

6、在并联中直接开关(图2.): SCALE-2 IGBT门极驱动通过一个双极管提供电压而起作用，因此可以使用一个独立的增强电路。(图1).图1:用原有的增压器并联图2 :用SCALE-2即插即用IGBT门极驱动并联: 多通道门极驱动方案- 最简单可靠的方式去并联IGBT- Concept SCALE-2直接并联提供快捷成功的扩展应用培训在你开始设计之前: 请花点时间学习我们的数据手册，应用指南和设计说明I/O接口2SD315AISCALE驱动内核 2SD315AI的应用当PWM信号有TTL电平, VL pin脚连接如左图所示。当在输入端InA和InB有15V电平, 这时VL pin脚通过一个约1

7、kW的电阻连接到+15V(如图(右图). 施密特触发器输入端InA和InB的门槛电压这时各为5V和10V。这个变量在更长的线缆连接控制和驱动时尤其推荐，这可以提高信号和噪声的比例，抗干扰能力更强。参考电阻可通过以下方式计算:Vth = Vce检测关断阈值例如:所需的关断阈值Vth = 5.85VVth150uA5.8V150uA: 如果原边用到状态输出，稳压二极管Ds不要被省略掉。如果原边不用状态输出，LS1 应连接到COM1 而 LS2 连接到COM2 以增加驱动的抗扰性。Rth =SCALE-2驱动内核2SC0108T的应用VCC终端驱动的接口连接器有一个VCC 终端.像DC-DC 转换器

8、给辅助边供应电压一样，它给原边电器供应15V电压.MOD (模式选择)直接模式. 如果MOD输入端连接到GND, 选择了直接模式.半桥模式. 如果MOD输入端通过一个71kRM181k的电阻连接到GND，选择了半桥模式。INA, INB (驱动输入, 如 PWM)可用在3.3V到15V之间所有逻辑电平的信号。SO1, SO2 (状态输出)输出端SOx带漏极开路晶极管. 当故障状态被检测到(原边提供欠电压,辅助边提供欠电压,IGBT短路), 相应的状态输出SOx下降(连接到GND). 否则,输出段产生高阻抗.TB (输入调整闭锁时间TB)TB端允许通过连接一个电阻RB 到GND去设定闭锁时间TB

9、Vce电压参考端子(REFx)电压参考端REFx允许通过在REFx 和 VEx间放置一个电阻以设定过流保护的阀值。REFx pin脚产生一个连续电流150uA门极开通(GHx) 和关断(GLx)端这些终端允许开通(GHx)和关断(GLx)门极电阻连接到功率半导体的门极。集电极检测(VCEx): 计算Cax: 例如: 需要一个Cax=400pF的电容，确定一个在Rthx=33k和VGL=9V时，值为4s的反应时间. 如果使用两个1N4007,相应的VCE 阈值是3.5V二极管关于IGBT驱动的几个基本问题梁知宏英飞凌科技（中国）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

10、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（Active Miller Clamping）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）Page 2门极电压：开通电压+VgeTvj=125C对饱和电压的影响Vge ，Vcesat注意：Vge规格-最大允许值20VTvj=125C对短路电流的影响Vge ，Isc （tsc ）Page 3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

11、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600V IGBT3为例，Qg为-15V+15V时的40%），米勒电容对门极的影响（半桥中另一IGBT开通时）门极驱动电流较小。用0V关断时，toff和Eoff较大（以600V IGBT3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寄生电感对门极的影响（FWD反向恢复结束时）Page 4Page 5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/dtRg对关断影响

12、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/dtRg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。Page 60VVs

13、s/0VVccDriver门极电阻15VVssRg _ extRg _ intPWMRoRg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）15R0 I o max =15 VssRo + Rg _ ext + Rg _ int Rg _ int VssI o maxRg _ ext 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。Page 715 (15)Rg _ d

14、atasheet + Rg _ int15 VssRo + Rg _ ext + Rg _ int Rg _ int RoRg _ ext (15 Vss) ( Rg _ datasheet + Rg _ int )30选择方式二：考虑下限，即对IGBT和续流二极管的冲击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（10K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Page 8Page 9驱动与保护：箝位，DVRCPWM+16V-16

15、VD2RGFZ2400R17KE3FF1200R12KE3DZ1R1C1CDIFD3T1T2T3T4R4IC1tUDVRCUUAVCIT5tUIDVRCIAVCRAVC100pFD1tR247R3362动态电压上升控制（DVRC）有源米勒箝位（Active Miller Clamping）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。DVRC：检测dv/dt，延缓IGBT的关断，限制di/dt和电压尖峰。门极箝位驱动与保护：短路保护Vce检测：- 适用于直通短路等“硬”短路（

16、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。Page 10Page 11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（Level Shift）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

17、性变压器型安全隔离传输延时小成本高光隔驱动ICAvagoToshiba / Sharp结构面向反射最大驱动电流大中保护功能欠压保护, 无栓锁无屏蔽有无共模抑制高低抗干扰性弱强Page 12对目前驱动器产品的评价（仅供参考）反射型面向型光隔隔离型驱动ICOpto-driver驱动器光隔驱动IC电平移位驱动IC基本/安全隔离有无符合安规UL, IEC/EN/DIN EN无常见失效模式开路短路抗干扰性强弱功耗大小门极负压驱动能不能寄生二极管（栓锁） 无有驱动能力大小传输延时大小功能少多成本高低对目前驱动器产品的评价（仅供参考）光隔驱动器与电平移位驱动器的对比Page 13目前变频器用驱动方案（仅供参考）3.7kW以下电平移位驱动IC光隔驱动IC低成本紧凑型设计智能可用自举电路Page 145.575kW光隔驱动IC驱动电流大基本保护功能电气隔离90kW以上脉冲变压器光隔驱动IC抗干扰性强保护功能齐全含DC-DC开关电源Coreless Transformer（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Page 15TransmitterICICCLT技术的优点Receiver即将面世的新驱动IC：1ED020I12-F/FAInfineon Never Stop Thinking