新型IGBT/MOSFET驅(qū)動(dòng)模塊SKHI22A/B

關(guān)鍵詞：IGBT；驅(qū)動(dòng)模塊 ；SKHI22A/B

１　概述

ＳＫＨＩ系列驅(qū)動(dòng)模塊是德國西門康（ＳＥＭＩＫＲＯＮ）公司推出的一種新型ＩＧＢＴ／ＭＯＳＦＥＴ驅(qū)動(dòng)模塊。ＳＫＨＩ系列驅(qū)動(dòng)模塊主要有以下特點(diǎn)：

●僅需一個(gè)不需隔離的＋１５Ｖ電源供電?

●抗ｄＶ／ｄｔ能力可以達(dá)到７５ｋＶ／μｓ?

●控制電路和ＩＧＢＴ主電路之間的隔離電壓可以達(dá)到４ｋＶ

●輸出峰值電流可以達(dá)到３０Ａ?

●同一橋臂上下開關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號具有互鎖功能，可以防止兩個(gè)開關(guān)管的貫穿導(dǎo)通?

●死區(qū)時(shí)間、ＶＣＥ的監(jiān)控、ＲＧＯＮ／ＯＦＦ可以分別調(diào)節(jié)，因而可以對不同用戶的特殊需求進(jìn)行優(yōu)化?

●可以輸出差錯(cuò)信號以通知控制系統(tǒng)?

●具有過流、欠壓保護(hù)功能。

下面主要以ＳＫＨＩ２２Ａ為例，對ＳＫＨＩ系列驅(qū)動(dòng)模塊進(jìn)行介紹。

２ 內(nèi)部結(jié)構(gòu)及原理

ＳＫＨＩ２２Ａ／Ｂ引腳功能排列如表１所列。圖１所示是ＳＫＨＩ系列驅(qū)動(dòng)器的內(nèi)部電路原理圖。

表1 SKHI22A的引腳功能

２．１ ＳＫＨＩ２２Ａ／Ｂ的脈沖整形電路

ＳＫＨＩ中的脈沖整形電路的作用是在控制ＩＢＧＴ的脈沖信號輸入后，用短脈沖抑制電路對脈沖寬度小于５００ｎｓ的開關(guān)脈沖進(jìn)行抑制，以使其不能傳遞到ＩＧＢＴ，這樣可以有效的抑制電磁干擾引起的電壓尖峰對開關(guān)管的誤觸發(fā)，從而提高驅(qū)動(dòng)電路的抗干擾能力。另外，模塊還可以對輸入的觸發(fā)脈沖進(jìn)行整形（例如常用的ＳＧ３５２５芯片所產(chǎn)生的脈沖在上升沿往往有電壓尖峰，而且在脈沖高低電平時(shí)有時(shí)電平會(huì)有波動(dòng)），而且在經(jīng)過ＳＫＨＩ整形輸出以后，波形已十分標(biāo)準(zhǔn)，因而能可靠地對ＩＧＢＴ進(jìn)行控制。

２．２ ＳＫＨＩ２２Ａ／Ｂ的脈沖互鎖電路

脈沖互鎖電路的互鎖時(shí)間由外接端子ＴＤＴ１、ＴＤＴ２和ＳＥＣＥＬＴ所接的高低電平來決定。同時(shí)可由這三個(gè)端子進(jìn)行數(shù)字調(diào)節(jié)（ＳＫＨＩ２２Ａ只有ＴＤＴ２）。這種設(shè)計(jì)可以使不同開關(guān)速度的開關(guān)器件的互鎖時(shí)間均大于ＩＧＢＴ的關(guān)斷延遲時(shí)間，從而避免貫穿導(dǎo)通。

２．３ ＳＫＨＩ２２Ａ／Ｂ的欠壓保護(hù)電路

模塊內(nèi)部欠壓保護(hù)電路的作用是當(dāng)電源電壓低于＋１３Ｖ時(shí)，將差錯(cuò)輸出端的電平拉低，以輸出差錯(cuò)信號。

以上三部分控制電路被集成在一塊ＡＳＩＣ中，與一般的分立元件組成的電路相比，這樣可以大大的提高控制電路的抗干擾能力，同時(shí)可靠性也得到了提高。另外，ＳＫＨＩ系列器件的初級（控制部分）和次級（主電路部分）之間還可通過變壓器實(shí)現(xiàn)隔離。

２．４ ＳＫＨＩ２２Ａ／Ｂ驅(qū)動(dòng)器的輸出級

ＳＫＨＩ驅(qū)動(dòng)器件的輸出級采用ＭＯＳＦＥＴ晶體管互補(bǔ)電路的形式以降低驅(qū)動(dòng)源的內(nèi)阻，同時(shí)可加速ＩＧ-ＢＴ的關(guān)斷過程。圖２所示是其輸出級電路。圖中，ＭＯＳＦＥＴ的源極分別和外部端子進(jìn)行連接，這樣即可通過分別串接的ＲＯＮ和ＲＯＦＦ調(diào)節(jié)ＩＧＢＴ的開通和關(guān)斷速度；內(nèi)部集成電壓源可提高模塊的可靠性；通過調(diào)節(jié)電源電壓可以在不減?。郑牵诺那闆r下提供滿功率輸出脈沖，從而防止因ＩＧＢＴ退出飽和而損壞。

２．５ ＳＫＨＩ２２Ａ／Ｂ的短路保護(hù)

ＳＫＨＩ模塊利用“延時(shí)搜索過電流保護(hù)”方法?通過檢測ＩＧＢＴ通態(tài)壓降的變化來實(shí)現(xiàn)ＩＧＢＴ的過電流保護(hù)。當(dāng)電路出現(xiàn)短路時(shí)，出錯(cuò)信號將由ＶＣＥ輸入并通過脈沖變壓器傳遞到差錯(cuò)控制器，以封鎖所有到ＩＧＢＴ的脈沖并觸發(fā)出錯(cuò)信號端（Ｐ１０）。該模塊通過調(diào)節(jié)檢測ＶＣＥ電壓信號的延時(shí)可以避免錯(cuò)誤短路信號；其內(nèi)部帶有故障缺省記憶功能，可以防止重復(fù)的高電流脈沖對開關(guān)管的損壞，經(jīng)過幾個(gè)重復(fù)的高脈沖之后可以永久封閉脈沖輸出。此外，它還同時(shí)帶有差錯(cuò)信號輸出，可以通知主控制板做出相應(yīng)的動(dòng)作。

２．６ ＳＫＨＩ２２Ａ／Ｂ的電壓隔離

使用帶涂層的環(huán)形鐵氧體變壓器可以使輸入和輸出級之間的隔離電壓達(dá)到４ｋＶ。這是使用光耦作隔離驅(qū)動(dòng)器件所不能達(dá)到的。使用脈沖變壓器代替光耦在原副邊之間可以防止很高的ｄＶ／ｄｔ（可以達(dá)到７５ｋＶ／μｓ）。

２．７ ＳＫＨＩ２２Ａ／Ｂ的輔助電源

由于ＳＫＨＩ模塊內(nèi)部有帶隔離變壓器的ＤＣ／ＤＣ變換器，因而可以節(jié)省外部變壓器并可使設(shè)計(jì)布局更加緊湊；在輔助電源原邊有欠電壓監(jiān)控電路，這樣可以保證ＩＧＢＴ有一個(gè)安全可靠并能提供足夠功率的門極驅(qū)動(dòng)電路；每個(gè)ＩＧＢＴ采用相互獨(dú)立的電源。因此，其電源之間的耦合電容很小，從而提高了開關(guān)信號的抗干擾能力。

３　應(yīng)用電路

ＳＫＨＩ２２Ａ／Ｂ的應(yīng)用電路如圖３所示。圖中，ＩＮ-ＰＵＴ?ＴＯＰ?和ＩＮＰＯＵＴ?ＢＯＴＴＯＭ?分別為同一橋臂上、下開關(guān)管的觸發(fā)脈沖；管腳ＴＤＴ２接高電平＋１５Ｖ時(shí)，死區(qū)時(shí)間為４．２５μｓ，接低電平ＧＮＤ時(shí)，死區(qū)時(shí)間為３．２５μｓ。ＥＲＲＯＲ管腳為差錯(cuò)信號輸出，當(dāng)模塊檢測到電路有過流、欠壓等現(xiàn)象并進(jìn)行保護(hù)時(shí)，該管腳電平將被拉低以通知主控制板。

管腳Ｓ１５、Ｓ６外接的ＲＣＥ和ＣＣＥ?用于調(diào)節(jié)管子過流保護(hù)時(shí)的壓降。對于１２００Ｖ的ＩＧＢＴ，一般選擇ＲＣＥ為１８ｋΩ、ＣＣＥ為３００ｐＦ，此時(shí)管壓降門限為５Ｖ。管腳Ｓ１４、Ｓ７外接ＩＧＢＴ的柵極導(dǎo)通電阻ＲＯＮ，該電阻一般應(yīng)在３～２２Ω之間，實(shí)際應(yīng)用時(shí)，該電阻的發(fā)熱比較嚴(yán)重，因此建議使用２Ｗ的電阻。管腳Ｓ１３、Ｓ８外接ＩＧＢＴ的柵極導(dǎo)通電阻ＲＯＦＦ，其使用方法和ＲＯＮ一樣。管腳Ｓ２０、Ｓ１分別連接檢測上、下開關(guān)管的漏極。對于１７００Ｖ的ＩＧＢＴ，通常應(yīng)該串接１ｋΩ／０．４Ｗ的電阻。