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IGBT智能化驅動(dòng)板SCALE
摘要：SCALE驅動(dòng)是瑞士Concept公司生產(chǎn)的IGBT智能化驅動(dòng)板，可用于驅動(dòng)和保護IGBT。文中介紹了該IGBT智能化驅動(dòng)板的主要功能、工作模式和引腳功能，給出該器件的典型應用電路。１ 概述
由于ＩＧＢＴ（絕緣柵雙極性晶體管）是一種電壓控制型功率器件，它所需驅動(dòng)功率小，控制電路簡(jiǎn)單，導通壓降低，且具有較大的安全工作區和短路承受能力。因此，目前ＩＧＢＴ已在中功率以上的電力電子系統中（如變頻器、ＵＰＳ電源、高頻焊機等）逐漸取代了ＰＯＷＥＲ ＭＯＳＦＥＴ及ＰＯＷＥＲ ＢＪＴ而成為功率開(kāi)關(guān)元件市場(chǎng)中的重要一員。然而?如何有效地驅動(dòng)并保護ＩＧＢＴ則成為目前電力電子領(lǐng)域中的重要研究課題之一。一個(gè)具有保護功能的驅動(dòng)電路不但能在正常工作狀態(tài)下給ＩＧＢＴ提供所需的驅動(dòng)功率，在異常工作狀態(tài)下能起保護ＩＧＢＴ的作用，而且應當能使電力電子系統中的ＩＧＢＴ有很好的替換特性。因此?高性能的驅動(dòng)電路是提高電子產(chǎn)品品質(zhì)和可靠性，從而增強其競爭力的關(guān)鍵之一。本文介紹一種高性能、智能化的ＩＧＢＴ驅動(dòng)板ＳＣＡＬＥ。
圖1
２ 功能介紹
ＳＣＡＬＥ驅動(dòng)板系列是瑞士Ｃｏｎｃｅｐｔ公司生產(chǎn)的，Ｃｏｎｃｅｐｔ公司是專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)ＩＧＢＴ驅動(dòng)電路的公司，主要為西門(mén)子／ＥＵＰＥＣ高壓大電流ＩＧＢＴ模塊配套。該ＳＣＡＬＥ驅動(dòng)板采用ＡＳＩＣ設計，僅用１５Ｖ電源驅動(dòng)，開(kāi)關(guān)頻率可大于１００ｋＨｚ，且具有高可靠和長(cháng)壽命特性，可驅動(dòng)１７００Ｖ、１２００Ａ的ＩＧＢＴ。１９９８年度贏(yíng)得ＡＢＢ優(yōu)秀電力電子項目稱(chēng)號，其主要型號和驅動(dòng)能力如表１所列。
表1 SCALE的主要型號和驅動(dòng)能力
２．１ ＳＣＡＬＥ的特點(diǎn)
●實(shí)用范圍寬?可應用在數千瓦至數兆瓦的功率范圍及實(shí)用的耐壓要求范圍內，幾乎可工作在所有的頻率及調制模式，適用于任何廠(chǎng)家的模塊。
●體積小巧、結構緊湊、應用靈活，具有直接和半橋模式可供選擇。在半橋模式下，可選用所要求的死區時(shí)間。
●成本低，具有很高的性能／價(jià)格比。除可提供柵極驅動(dòng)外，還具有檢測狀況顯示及電源隔離等功能，是一種可滿(mǎn)足市場(chǎng)所有要求的、最經(jīng)濟實(shí)用的驅動(dòng)板。
●使用簡(jiǎn)便。該驅動(dòng)板的電接口非常簡(jiǎn)單，可處理５～１５Ｖ電平的標準邏輯信號。具有施密特觸發(fā)器輸入特性，且對輸入信號沒(méi)有特殊要求。故障傳送使用集電極開(kāi)路輸出，可與常用的邏輯電平相兼容。因為驅動(dòng)板具有所有智能化驅動(dòng)功能，且驅動(dòng)信號、狀態(tài)傳送及電源與功率部分完全隔離，所以使用非常簡(jiǎn)單。在大多數情況下，用智能化ＳＣＡＬＥ驅動(dòng)板來(lái)驅動(dòng)標準ＩＧＢＴ模塊，比使用智能化ＩＧＢＴ模塊（ＩＰＭ）更加簡(jiǎn)便，也更加靈活。
２．２ ＳＣＡＬＥ的主要功能
ＳＣＡＬＥ由電子接口ＬＤＩ 、智能柵極驅動(dòng) ＩＧＤ和１５Ｖ ＤＣ／ＤＣ電源組成，其原理方框圖如圖１所示。由圖可見(jiàn)，該驅動(dòng)板主要有兩個(gè)功能塊。其中功能塊＃１為ＬＤＩ（邏輯與驅動(dòng)之間的接口），每一個(gè)ＬＤＩ可驅動(dòng)兩路。加在輸入端的ＰＷＭ信號再通過(guò)脈沖變壓器隔離后，即可輸出驅動(dòng)信號，以驅動(dòng)ＩＧＢＴ工作。
功能塊＃２為ＩＧＤ（智能柵極驅動(dòng)），該功能塊工作時(shí)，每路用一個(gè)ＩＧＤ從脈沖變壓器接收編碼脈沖信號，然后解碼出原始的ＰＷＭ信號。再經(jīng)功放，便可給ＩＧＢＴ柵極提供數安培的驅動(dòng)電流。
（１） 電子接口ＬＤＩ００１
因為ＰＷＭ信號的頻率和占空比變化較大，所以不能簡(jiǎn)單地通過(guò)變壓器傳送。為此，ＳＣＡＬＥ配備了ＬＤＩ００１邏輯驅動(dòng)接口，ＬＤＩ００１的結構如圖２所示，它具有以下功能：
●可為用戶(hù)提供一個(gè)簡(jiǎn)單的接口，兩個(gè)信號輸入端都具有施密特觸發(fā)器特性；
●與５Ｖ、１５Ｖ的邏輯電平相匹配。
●產(chǎn)生半橋所需的死區時(shí)間；
●對ＰＷＭ信號進(jìn)行編碼，以使其可通過(guò)脈沖變壓器傳送；
●識別編碼傳送的狀態(tài)通知信號并放大，以為用戶(hù)提供一個(gè)準靜態(tài)的狀態(tài)信號。
圖2
ＳＣＡＬＥ驅動(dòng)器可不加任何元件而直接與邏輯電路相連，也可通過(guò)較長(cháng)的電纜相連。這種情況下，為了獲得較高的信躁比，應使用１５Ｖ電平。同時(shí)應通過(guò)外接的ＲＣ網(wǎng)絡(luò )來(lái)獲得所要求的死區時(shí)間。
（２） 驅動(dòng)塊ＩＧＤ００１
ＩＧＤ００１具有所有必需的智能驅動(dòng)功能，如變壓器接口、過(guò)載和短路保護、鎖定時(shí)間邏輯、狀態(tài)通知、對電源電壓和輸出級的監測等。
ＩＧＤ驅動(dòng)塊的內部結構框圖如圖３所示，該驅動(dòng)塊主要用于完成如下功能：
●對從脈沖變壓器接收的編碼信號進(jìn)行解碼；
●用功放ＰＷＭ信號驅動(dòng)ＩＧＢＴ；
●監測ＩＧＢＴ的過(guò)載和短路；
●監測欠壓；
●產(chǎn)生響應時(shí)間和鎖定時(shí)間；
●給控制器（ＬＤＩ００１）發(fā)出狀態(tài)通知信號。
智能驅動(dòng)塊ＩＧＤ００１所有的保護、監測功能（如過(guò)流、短路保護和欠壓保護）都置于次級。這樣，在出現故障時(shí)，電路將立即被關(guān)閉并鎖定。
圖3
（３） ＳＣＡＬＥ驅動(dòng)塊的保護功能
ＳＣＡＬＥ的保護主要包括短路和過(guò)流以及電源監測。對于短路和過(guò)流保護來(lái)說(shuō)，ＳＣＡＬＥ驅動(dòng)中的每路都有一個(gè)Ｖｃｅ監測電路。Ｒｔｈ為關(guān)斷閾值的參考電阻。在ＩＧＢＴ開(kāi)通后的一段響應時(shí)間內，Ｖｃｅ監測電路不起作用。而當Ｖｃｅ出現故障后，鎖定時(shí)間功能開(kāi)始啟動(dòng)，并在鎖定時(shí)間內使驅動(dòng)器鎖定ＩＧＢＴ，而不再接受輸入信號。模塊中的各路都具有自己的鎖定功能，并均由各路的ＬＧＤ００１實(shí)現。一旦Ｖｃｅ超過(guò)由Ｒｔｈ設定的閾值，鎖定將立即啟動(dòng)。
ＳＣＡＬＥ中的每路都具有一個(gè)欠壓監測電路。 當電源電壓降至１０Ｖ或１１Ｖ時(shí)，ＩＧＢＴ將執行負壓關(guān)斷并進(jìn)行故障報警。 【IGBT智能化驅動(dòng)板SCALE】相關(guān)文章： 新型IGBT/MOSFET驅動(dòng)模塊SKHI22A/B03-19 IGBT驅動(dòng)芯片IXDN404應用及改進(jìn)(一)03-07 一種專(zhuān)為IGBT和MOSFET設計的驅動(dòng)器03-19 IGBT的保護03-20 采用IGBT的正弦波中頻逆變電源03-19 電力驅動(dòng)系統逆變器實(shí)時(shí)仿真03-18 以興趣激發(fā)學(xué)生，以任務(wù)驅動(dòng)教學(xué)03-16 IPM驅動(dòng)和保護電路的研究03-20