IGBT 集成驅動模塊2SD315AI 的應用研究

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行而設計的驅動模塊，它以專用芯片組為基礎，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，能同時驅動兩個IGBT模塊，可提供±15V的驅動電壓和±15A的峰值電流，具有準確可靠的驅動功能與靈活可調的過流保護功能，同時可對電源電壓進行欠壓檢測，工作頻率可達MHz以上;電氣隔離可達到AC4000V。

1 2SD315AI簡介

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個管腳。具體功能如下：

腳1，2(VDD) 信號電源;

腳3(SO1) 通道1狀態(tài)輸出;

腳4(VL/Reset)

定義邏輯電平/錯誤信號復位;

腳5(RC1) 通道1死區(qū)RC 網絡;

腳6(INB) PWM2/ENABLE;

腳7(RC2) 通道2死區(qū)RC網絡;

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) 信號電源地;

腳13~17(VDC) DC/DC 驅動電源;

腳18~22(GND) DC/DC 驅動電源地;

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輸出側電源;

腳29，30(COM2) 通道3的DC/DC 輸出側地;

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輸出側電源;

腳41，42(COM1) 通道1的DC/DC 輸出側地;

腳43，44(G1)通道1的柵極。

1.2 主要參數

1.2.1 2SD315AI 的極限參數

供電電壓VDD和VDC 16 V;

邏輯信號輸入電平VDD;

門極峰值電流Iout ±18 A;

內部開關電源輸出功率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

輸入輸出延遲開通時間tpdon 300 ns;

關斷時間tpdoff 350 ns;

短路或欠壓保護阻斷時間1 s;

輸出上升時間tr out 160 ns;

輸出下降時間tf out 130 ns;

最大電壓上升率100 kV/μs。

2 工作原理與保護功能

2.1 工作原理

圖2為2SD315AI的功能框圖。它主要由DC/DC轉換電路、輸入處理電路、驅動輸出及邏輯保護電路組成。

DC/DC轉換電路的功能是將輸入部分與工作部分進行隔離。而其輸入處理電路由電子接口(邏輯與驅動之間的接口)LDI001及其外圍電路組成。由于控制電路產生的PWM信號不能直接通過脈沖變壓器，特別是當脈沖信號的頻率和占空比變化較大時，尤為困難。LDI001就是專門為此而設計的，此專用集成芯片的功能主要是對輸入的PWM信號進行編碼，以使之可通過脈沖變壓器進行傳輸。由于該器件內部帶有施密特觸發(fā)器，因此對輸入端信號無特殊的邊沿陡度要求，并能提供準靜態(tài)的狀態(tài)信號反饋。其設計為集電極開路方式，可以適應任何電平邏輯，并可直接產生半橋所需的死區(qū)時間。

驅動輸出及邏輯保護電路的核心芯片是IGD001。它將變壓器接口、過流短路保護、阻斷邏輯生成、反饋狀態(tài)記錄、供電監(jiān)視和輸出階段識別等功能都已集成在一起。一個IGD用于一個通道，其具體功能是對脈沖變壓器傳來的PWM 信號進行解碼和功率放大，實現(xiàn)IGBT 的短路、過流及電源的欠壓檢測保護，并向LDI反饋狀態(tài)，以產生短路保護的響應時間和阻斷時間等。IGD 所有的保護、檢測功能(如過流、短路保護和欠壓保護)都置于次級，因此，在出現(xiàn)故障時，電路將立即被關閉并鎖定。

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