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快乐飞艇假不假 英飞凌ED020I12的特性及其在IGBT驱动电路中的应用

作者:海飞乐技术 时间:2017-07-03 12:02

  利用1ED020I12为主器件做IGBT驱动电路,其外围接口电路简洁,通过对外围部分器件的调整,可以驱动各种电流段的IGBT,利用1ED020I12器件内部各种保护功能能有效的保护IGBT,而且1ED020I12的响应速度非常快,只有40ns,完全满足一些高频率要求的驱动电路,因此,1ED020I12是理想的IGBT驱动芯片
  随着科学技术的发展,IGBT(绝缘栅双极性晶体管)做为现代电力电子技术发展的产物,在电力电子领域得到了广泛的应用。数字电源、电焊机、电池动力汽车、变频器、伺服驱动器等一些产品中都用到IGBT。而IGBT做为这些产品核心的部件,其驱动电路是否可靠安全关系到整个产品的品质。驱动电路的作用就是将CPU传来的信号转换成具有足够功率的驱动信号,保证IGBT可靠的开通与关断。
  1ED020I12应用无磁芯变压器技术,是一个具有2A驱动能力的专门为IGBT设计的驱动芯片。它集成了很多功能,如检测欠压锁定、工作电平状态检测、看门狗、硬关断、差分输入、轨对轨输出、隔离的集电极开路故障反馈、有源米勒箝位、过流箝位等功能。本文从应用者的角度介绍了1ED020I12的基本原理和功能特性,并利用该芯片设计了用于IGBT驱动及保护电路。
 
  1. ED020I12的内部特性
  1.1 磁隔离技术
  1ED020I12不仅可以驱动IGBT,而且可以驱动MOSFET。1ED020I12内部结构如图1所示。从该图可知,1ED020I12内部由无磁芯变压器隔离成两部分,保证高低压间完全隔离。
 
  1.2低压锁定(UVLO)功能
  为了确保IGBT可靠的开通与关断,1ED020I12对供电电压进行监测,当VCC1的电压低于门限电压VULOL1的值或者VCC2低于VULOL2的值,芯片会自动停止输出,此时芯片处于锁定状态,不管输入的信号是高还是低都不会影响输出状态。这种锁定状态在VCC1和VCC2在电压升至VULOH1和VULOH2时才解除锁定。芯片供电电压是否正常,可以通过芯片READY引脚的状态来显示。
 
  1.3看门狗功能
  1ED020I12芯片在正常工作的时候,会通过看门狗实时监测内部信号,判断信号传输是否正确。如果信号传输出现问题,芯片将封锁输出端口并且由READY引脚输出低电平以报告错误。
 
  1.4输入与输出
  1ED020I12的输入模式可分两种,一种为正向输入即高电平有效,这时需要把11脚(IN-)接低电平。另一种为反向输入即低电平有效,这时需要把第10脚(IN+)接高电平。在电平信号输入的时候,1ED020I12会有一最小脉冲宽度限制,这样会消除一些高频脉冲干扰,起到滤波的作用。输入部分可直接与DSP的IO引脚(CMOS结构)接口,方便用户进行接口设计。1ED020I12的输出采用推挽方式,内部采用的器件为MOSFET。MOSFET管压降很低,所以最大电流输出的时候器件功耗也会很低,这样提高了器件应用的可靠性。

图1  1ED020I12内部框图 
图1  1ED020I12内部框图
 
  2. 1ED020I12的外部保护特性
  2.1过流保护
  IGBT在CE间流过的电流的大小可以说与CE间的电压成正比,利用IGBT这一特性,在器件上设计了DESAT引脚,它可以检测CE间的电压,当它超过9V的时候,就关闭驱动输出,这样保证IGBT不至于过热而烧坏。为了不引起误保护,器件还设计了一消隐时间电路,它是利用器件内部高精度恒流源与外部电容来做的,根据手册介绍,外部电容可以选择1nF,如果DESAT引脚检测到电压超过9V,那么在150ns内会封锁驱动输出,在2.25us内会输出一报警信号。
 
  2.2米勒箝位功能
  首先介绍一下米勒效应的原理如图2所示。IGBT的结构决定了在IGBT的CG间和GE间都存在一电容,虽然电容容量很。??侨绻?谝桓霭肭沤峁怪写蚩?露薎GBT时会引起上端IGBT二极管duCE/dt的变化,因为IGBT的CG之间存在一电容CCG,那么此时会产生一电流
公式。
图2 miller效应 
图2 miller效应
  电流iCG通过Miller电容CCG、电阻(RDriver,RGON、RGint)、CGE,当CGE上的电压超过IGBT的开通电压那么就会引起IGBT导通。这样就引起了上下管同时导通的极端恶劣情况,当IGBT结温超过额定温度时就会损坏IGBT。本器件为了消除米勒效应,特别设计了米勒箝位电路,它通过CLAMP引脚实时监测IGBT门极电压,当GE间的电压超过2V时,器件就会自动打开内部一MOSFET,以便使CGE电荷迅速释放。这种功能的应用可以在很多场合中省掉IGBT驱动传统设计中需用的负电源。在此说明,VCLAMP的内部吸收电流最大为1A。
 
  3. 1ED020I12在IGBT驱动电路中的应用
  3.1典型驱动电路
  图3为IGBT典型驱动电路。系统正常工作时,1ED020I12根据IN脚输入给定的电平信号,决定OUT输出的情况,同时监测IGBT的CE两端电压值。在正常情况下,FLTn脚输出高电平,如果有短路或者很大的电流流过IGBT,IGBT就会进入欠饱和模式,电压迅速上升。
图3 IGBT典型驱动电路 
图3 IGBT典型驱动电路
  当DESAT脚监测到电压值高于9V时,芯片迅速封锁驱动输出,开始软关断IGBT,以防止di/dt导致的高压;同时触发器件内部的反馈通道使FLTn输出变为低电平,通知控制器芯片封锁PWM输出。在IGBT关断期间,C4放电,故障监测电路置为无效,以避免产生错误的故障信号。一旦监测到故障状态,OUT输出禁用。在禁用期间,忽略所有输入的驱动信号,使驱动能彻底地软关断IGBT。禁用时间过了之后,原输入驱动信号再次变为高电平,使故障监测电路重新有效。
  在本电路中OUT输出通R6后连接到T1与T3两个三极管,这是因为本设计中IGBT额定电流达300A,其驱动电流最高可达7A,所以1ED020I12达不到要求,要另加一级驱动。如果驱动的IGBT比较。?敲纯梢灾苯涌梢越玂UT接R6后接到IGBT门极。
 
  3.2外围电路设计
  除了利用1ED020I12自身做的一些保护措施,另还需要考虑根据IGBT一些自身特性来设计外围的电路。
  (1)关于驱动电路与IGBT间的配线
  图4为门极驱动电路配线示意图。在驱动电路和IGBT间的配线长的情况下,门极信号的振荡和感应杂波会导致IGBT误动作。作为对策,有如下方法:
图4 配线示意图 
图4 配线示意图
  ①驱动配线要尽量短,门极配线和发射极配线要紧密拧成一体(扭转状配线)。
  ②增大RG,但是注意开关损耗等情况。如果IG-BT应用于桥式电路中还应仔细观察IGBT的开通关断时间,以便设置合理的死区时间
  ③门极配线和IGBT的主电路配线要尽量远离,布局时两者要正交,使相互间不受感应。
  ④不要和其他相的门极配线绑扎在一起。
  ⑤G-E间加一电阻RGE。加REG能有效增加IGBT驱动的可靠性,RGE能使门极电位保持在设定状态,阻止门极充电。RGE推荐电阻10K。
 
  (2)驱动电压
  IGBT与其它的MOS型元器件一样,需要在实施了充分的静电对策的环境下使用。IGBT的G-E间最大额定电压为UGES=±20V,考虑到1ED020I12器件VCC2最大电压为20V,VEE2最小电压为-12V,电路中我们设计正电源为16V,负电源-5V,并且用示波器确定电源电压的变动范围在±10%以内。另在IGBT的G-E间安装16V的双向的瞬态电压抑制器以防止各种原因引起的GE间电压过高。




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