IXYS IGBT驅(qū)動(dòng)模塊可幫助高功率系統(tǒng)設(shè)計(jì)，縮短設(shè)計(jì)時(shí)間，降低設(shè)計(jì)成本

作者：時(shí)間：2018-11-15 來源：電子產(chǎn)品世界

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　　IXYS公司新推出的IXIDM1403驅(qū)動(dòng)模塊旨在為市場(chǎng)提供IGBT驅(qū)動(dòng)器件，使設(shè)計(jì)周期縮短，設(shè)計(jì)成本做到盡可能最低，并具有極高的緊湊性和最高的性能和可靠性。IXIDM1403支持雙通道大功率IGBT模塊，隔離電壓高達(dá)4000 V，開關(guān)速度高達(dá)50 kHz，具有短路保護(hù)和電源電壓監(jiān)控功能。

本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/201811/394423.htm

　　IXIDM1403是基于IX6610 / IX6611 / IXDN630芯片組的高壓隔離柵極驅(qū)動(dòng)模塊，它允許創(chuàng)建隔離的IGBT驅(qū)動(dòng)器，在初級(jí)側(cè)和次級(jí)側(cè)之間以及次級(jí)側(cè)驅(qū)動(dòng)器之間設(shè)置高壓隔離柵。它創(chuàng)建了一個(gè)非常靈活的架構(gòu)，可用于需要在初級(jí)和次級(jí)側(cè)和/或次級(jí)側(cè)驅(qū)動(dòng)器之間進(jìn)行隔離的三相電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，半橋開關(guān)，推挽式轉(zhuǎn)換器，其它不間斷電源(UPS)應(yīng)用，及可再生能源和運(yùn)輸。

　　內(nèi)部電源為每通道隔離電源提供高達(dá)2 W的功率，以驅(qū)動(dòng)上、下IGBT，有效地將MCU與高功率電路隔離。它采用單極性15 V電源供電，提供+20 V / -5 V驅(qū)動(dòng)IGBT柵極和+3.3 V驅(qū)動(dòng)MCU，并在MCU和柵極驅(qū)動(dòng)器之間以及柵極驅(qū)動(dòng)器之間保持高達(dá)4 kV的隔離電壓。

　　內(nèi)置的欠壓和過電壓保護(hù)防止IGBT在最佳窗口以外的柵極電壓下工作，并且無需考慮MCU相關(guān)條件及問題來源，這些問題可能來自隔離柵后面的低/高側(cè)IGBT，也可能來自隔離柵之前的初級(jí)側(cè)。

　　通過使用電流檢測(cè)電阻或IGBT去飽和事件，可以實(shí)現(xiàn)300 mV閾值的過流保護(hù)。此功能可在集電極電流超過用戶設(shè)置的值后立即關(guān)閉IGBT并通知MCU，從而做出適當(dāng)?shù)臎Q定。

　　來自外部MCU的TTL級(jí)兼容輸入信號(hào)可用于操作次級(jí)側(cè)驅(qū)動(dòng)器。IXIDM1403采用了雙通道雙向變壓器接口，它可將初級(jí)側(cè)輸入命令從MCU傳輸?shù)酱渭?jí)側(cè)，并將信息從次級(jí)側(cè)傳輸?shù)組CU。異步數(shù)據(jù)傳輸由窄脈沖實(shí)現(xiàn)，以防止變壓器的磁芯飽和。

　　窄脈沖檢測(cè)器可以防止非常窄的錯(cuò)誤PWM輸入信號(hào)傳輸?shù)津?qū)動(dòng)器。寬度窄于100 ns的輸入信號(hào)脈沖被抑制，而寬度大于350 ns的脈沖被傳輸?shù)津?qū)動(dòng)器。為了避免限制輸入脈沖最大寬度，可以只從初級(jí)側(cè)發(fā)送表示輸入信號(hào)上升/下降沿的短脈沖，而次級(jí)側(cè)用于恢復(fù)原始脈沖寬度。

　　次級(jí)側(cè)柵極驅(qū)動(dòng)器將輸入的PWM邏輯信號(hào)轉(zhuǎn)換為+20 V / -5 V(相對(duì)于COMMON)雙極柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)，具有典型的30 A峰值驅(qū)動(dòng)電流能力。通過選擇不同值的串聯(lián)柵極電阻，獨(dú)立的正負(fù)柵極驅(qū)動(dòng)器輸出可以在沒有外部二極管的情況下優(yōu)化IGBT導(dǎo)通/截止時(shí)間。

　　具有通道A優(yōu)先級(jí)的內(nèi)置死區(qū)時(shí)間延遲電路可防止IGBT同時(shí)導(dǎo)通。如果通道B有效且通道A被強(qiáng)制進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)，則通道B立即被禁用，通道A IGBT以預(yù)設(shè)的延遲時(shí)間開啟。通道A變?yōu)榉腔顒?dòng)狀態(tài)后，通道B(如果處于活動(dòng)狀態(tài))將以相同的延遲時(shí)間打開。如果通道A處于活動(dòng)狀態(tài)且通道B被強(qiáng)制進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)，則只要通道A保持活動(dòng)狀態(tài)，該命令就會(huì)被忽略。如果在命令激活通道B到期之前通道A變?yōu)榉腔顒?dòng)狀態(tài)，則通道B在通道A變?yōu)榉腔顒?dòng)狀態(tài)后以預(yù)設(shè)延遲時(shí)間變?yōu)榛顒?dòng)狀態(tài)。通過將通道B設(shè)置為永久啟用且僅操作通道A，單個(gè)輸入信號(hào)源可用于創(chuàng)建半橋配置的互補(bǔ)IGBT開關(guān)對(duì)。

　　柵極A和柵極B輸出的脈沖之間的死區(qū)時(shí)間由硬件編程為~420 ns。如果運(yùn)行特定IGBT所需的死區(qū)時(shí)間大于IXIDM1403中實(shí)現(xiàn)的死區(qū)時(shí)間，則應(yīng)由MCU編程或在工廠調(diào)整到所需值。

　　如果內(nèi)部模塊溫度超過150°C，過溫保護(hù)功能會(huì)禁用IGBT，當(dāng)溫度降至125°C以下時(shí)，將恢復(fù)正常工作。如果IGBT組件配備溫度傳感器，IXIDM1403可以將其信號(hào)轉(zhuǎn)換給MCU。雙通道雙向變壓器接口允許向MCU傳輸有關(guān)次級(jí)側(cè)電源故障和IGBT過流情況的信息。

　　初級(jí)側(cè)的所有故障條件都會(huì)在兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器處停止執(zhí)行PWM周期，而次級(jí)側(cè)的所有故障條件僅在受影響的驅(qū)動(dòng)器處停止PWM周期。如果在PWM周期開始之前出現(xiàn)故障條件，只要存在故障條件，PWM周期將被忽略。

　　until a restart occurs, which returns the power block to start-up mode.

　　IXIDM1403電源塊設(shè)計(jì)用于提供高達(dá)2 W的功率，并具有啟動(dòng)模式和運(yùn)行模式。在啟動(dòng)模式下，轉(zhuǎn)換器通過內(nèi)部振蕩器工作，僅激活部分電源開關(guān)，以降低動(dòng)態(tài)電流消耗/功耗。啟動(dòng)后，轉(zhuǎn)換器激活所有電源開關(guān)并進(jìn)入運(yùn)行模式。運(yùn)行模式保持關(guān)閉~1.28 ms。在啟動(dòng)模式期間禁用發(fā)送操作，以最小化次級(jí)側(cè)的電流消耗。運(yùn)行模式開始后，它將繼續(xù)運(yùn)行，直到重新啟動(dòng)，這會(huì)將電源塊返回到啟動(dòng)模式。

　　在運(yùn)行模式下，電源塊可以通過內(nèi)部或外部時(shí)鐘運(yùn)行。當(dāng)用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)器等多相應(yīng)用時(shí)，使用MCU的外部時(shí)鐘可最大限度地減少IXIDM1403器件之間的噪聲干擾。轉(zhuǎn)換器的監(jiān)視計(jì)時(shí)器可防止由于沒有外部時(shí)鐘而造成的潛在損壞。只要外部時(shí)鐘周期超過監(jiān)視計(jì)時(shí)器的40μs超時(shí)時(shí)，轉(zhuǎn)換器就會(huì)切換到內(nèi)部時(shí)鐘。

　　每個(gè)IXIDM1403 IGBT驅(qū)動(dòng)器還包含一個(gè)相對(duì)于COMMON引腳的閾值為300 mV的過電流(OC)比較器。過電流保護(hù)可以通過使用低值電流感應(yīng)電阻，具有次級(jí)電流感應(yīng)輸出的IGBT或利用去飽和事件來實(shí)現(xiàn)。如果發(fā)生過電流故障，則在周期的剩余時(shí)間內(nèi)將驅(qū)動(dòng)器的輸出強(qiáng)制為低電平。正常操作在下一個(gè)PWM柵極驅(qū)動(dòng)周期開始時(shí)恢復(fù)。

　　由于感測(cè)電壓低，可能需要在電流感測(cè)輸入處設(shè)置噪聲濾波器。過電流比較器有一個(gè)內(nèi)置100 pF電容，與輸入并聯(lián); 因此，只能添加一個(gè)串聯(lián)電阻來創(chuàng)建這樣的濾波器。為防止誤跳閘，過電流比較器的輸入在IGBT關(guān)機(jī)期間接地，并在IGBT啟動(dòng)后立即接地3.5μs。當(dāng)發(fā)生過流事件時(shí)，輸出故障脈沖發(fā)生器會(huì)產(chǎn)生一個(gè)200 ns的窄脈沖，故障控制邏輯器利用此脈沖將故障狀態(tài)傳達(dá)給MCU。

　　IXIDM1403采用55 x 50 x 28 mm封裝，有一個(gè)12引腳，1 mm間距FFC連接器，可與MCU通信，兩個(gè)5引腳，2.54 mm間距接頭，可向IGBT提供信號(hào)，和一個(gè)2引腳，2.54毫米間距接頭，用于將信號(hào)從外部溫度傳感器轉(zhuǎn)換到MCU。

　　圖1顯示了一個(gè)應(yīng)用示例，其中IXIDM140用于操作IXYS的相腳IGBT模塊MIXA225PF1200TSF。

　　圖1： IXIDM1403 - MIXA225PF1200TSF模塊組件

　　IXIDM1403采用單極性15 V電源供電，可運(yùn)行兩個(gè)1200 V IGBT器件，最大集電極電流為360 A.這種設(shè)計(jì)允許MCU提醒客戶有關(guān)初級(jí)和次級(jí)側(cè)的欠壓或過壓情況，以及 IGBT進(jìn)入去飽和模式時(shí)的過載情況。MCU可以通過該模塊供電，不需要單獨(dú)的電源。如果用戶更喜歡從外部電源驅(qū)動(dòng)MCU，也可以實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。此外，內(nèi)部IXIDM1403邏輯可以使用相同的外部電源供電，從而最大限度地降低15 V電源的功耗。

　　該設(shè)計(jì)的典型應(yīng)用如圖2和圖3所示。