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將ADuM4135柵極驅(qū)動器與Microsemi APTGT75A120T1G 1200 V IGBT模塊配合使用

作者:Martin Murnane ADI公司 時間:2019-08-13 來源:電子產(chǎn)品世界 收藏

簡介

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/201908/403679.htm

絕緣柵極雙極性晶體管(IGBT)是適用于高壓應用的經(jīng)濟高效型解決方案,如車載充電器、非車載充電器、DC-DC快速充電器、開關模式電源(SMPS)應用。開關頻率范圍:直流至100 kHz。IGBT可以是單一器件,甚至是半橋器件,如為圖1所示設計選擇的。

本應用筆記所述設計中的APTGT75A120 IGBT是快速溝槽器件,采用Microsemi Corporation?專有的視場光闌IGBT技術。該IGBT器件還具有低拖尾電流、高達20 kHz的開關頻率,以及由于對稱設計,具有低雜散電感的軟恢復并聯(lián)二極管。選定IGBT模塊的高集成度可在高頻率下提供最優(yōu)性能,并具有較低的結(jié)至外殼熱阻。

使用公司的柵極驅(qū)動技術驅(qū)動IGBT。是一款單通道器件,在>25 V的工作電壓下(VDD至VSS),典型驅(qū)動能力為7 A源電流和灌電流。該器件具有最小100 kV/μs的共模瞬變抗擾度(CMTI)。ADuM4135可以提供高達30 V的正向電源,因此,±15 V電源足以滿足此應用。

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圖1.模塊

測試設置

電氣設置

系統(tǒng)測試電路的電氣設置如圖2所示。直流電壓施加于半橋兩端的輸入,900 μF (C1)的解耦電容添加到輸入級。輸出級為200 μH (L1)和50 μF (C2)的電感電容(LC)濾波器級,對輸出進行濾波,傳送到2 Ω至30 Ω的負載(R1)。表1詳述了測試設置功率器件。U1是用于HV+和HV?的直流電源,T1和T2是單個IGBT模塊。

完整電氣設置如圖3所示,表2詳細列出了測試中使用的設備。

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圖2.系統(tǒng)測試電路的電氣設置

表1.測試設置功率器件

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表2.完整設置設備

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圖3.柵極驅(qū)動器配電板測試的連接圖

測試結(jié)果

無負載測試

在無負載測試設置中,在模塊輸出端汲取低輸出電流。在此應用中,使用一個30 Ω的電阻。

表3顯示無負載的電氣測試設置的重要元件,且負載內(nèi)的電流低。表4顯示在模塊上觀察到的溫度。表3和表4總結(jié)了所觀察到的結(jié)果。圖5至圖10顯示各種電壓和開關頻率上的開關波形的測試結(jié)果。

如表3中所示,測試1和測試2在600 V電壓下執(zhí)行。測試1在10 kHz開關頻率下執(zhí)行,測試2在20 kHz開關頻率下執(zhí)行。測試3在900 V電壓下執(zhí)行,開關頻率為10 kHz。

圖4顯示無負載測試的電氣設置。

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圖4.無負載測試的電氣設置

表3.無負載測試,對應插圖

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1      VDC是HV+和HV?電壓。

2      IIN表示通過U1的輸入電流。

表4.無負載測試,溫度總結(jié)1

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1      所有溫度都通過熱攝像頭記錄。

2      從變壓器測得。

開關IGBT的性能圖

此部分測試結(jié)果顯示不同目標電壓下的開關波形,其中fSW = 10 kHz和20 kHz。VDS是漏極-源極電壓,VGS是柵極-源極電壓。

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圖5.VDC = 600 V,fSW   = 10 kHz,無負載

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圖8.VDC = 600 V,fSW   = 20 kHz,無負載

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圖6.VDC = 600 V,fSW   = 10 kHz,無負載

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圖9.VDC = 900 V,fSW   = 10 kHz,無負載

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圖7.VDC = 600 V,fSW   = 20 kHz,無負載

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圖10.VDC = 900 V,fSW   = 10 kHz,無負載

負載測試

測試配置類似于圖2所示的測試設置。表5總結(jié)了觀察到的結(jié)果,圖11至圖16顯示各種電壓、頻率和負載下的測試性能和結(jié)果。

測試4在200 V、10 kHz開關頻率下執(zhí)行,占空比為25%。測試5在600 V、10 kHz開關頻率下執(zhí)行,占空比為25%。測試6在900 V、10 kHz開關頻率下執(zhí)行,占空比為25%。

表5.負載測試

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1      IOUT是負載電阻R1中的輸出電流。

2      VOUT是R1兩端的輸出電壓。

3      POUT是輸出功率(IOUT × VOUT)。

開關IGBT的性能圖和無負載測試

此部分測試結(jié)果顯示fSW = 10 kHz和20 kHz的不同目標電壓下的開關波形。

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圖11.VDC = 200 V,fSW = 10   kHz,POUT   = 90.2 W

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圖14.VDC = 600 V,fSW = 10   kHz,POUT   = 791.1 W

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圖12.VDC = 600 V,fSW = 10   kHz,POUT   = 791.1 W

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圖15.VDC = 900 V,fSW = 10   kHz,POUT   1669.2 W

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圖13.VDC = 200 V,fSW = 10   kHz,POUT   = 90.2 W

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圖16.VDC = 900 V,fSW = 10   kHz,POUT   1669.2 W

高電流測試

測試配置類似于圖3中所示的物理設置。表6總結(jié)了觀察到的結(jié)果,圖17至圖20顯示各種電壓、頻率和負載下的測試性能和結(jié)果。

輸出負載電阻視各個測試而異,如表1所示,其中2 Ω到30 Ω負載用于改變電流。測量VOUT,也就是R1兩端的電壓。

測試7在300 V、10 kHz開關頻率下執(zhí)行,占空比為25%。測試8在400 V、10 kHz開關頻率下執(zhí)行,占空比為25%。

表6.高電流測試

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1      PIN是輸入電源(IIN × VIN),其中VIN是直流電源電壓。

開關IGBT的性能圖和負載測試

此部分測試結(jié)果顯示fSW = 10 kHz和20 kHz的不同目標電壓下的開關波形。

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圖17.VDC = 300 V,fSW = 10   kHz,POUT   = 1346.3 W

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圖19.VDC = 300 V,fSW = 10   kHz,POUT   = 1346.3 W

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圖18.VDC = 400 V,fSW = 10   kHz,POUT   = 2365.9 W

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圖20.VDC = 400 V,fSW = 10   kHz,POUT   = 2365.9 W

去飽和測試

系統(tǒng)測試電路的電氣設置如圖21所示。直流電壓施加于半橋兩端的輸入,900 μF的解耦電容添加到輸入級。此設置用于測試去飽和檢測。在此應用中,最大IC = 150 A,其中IC是通過T1和T2的電流。

高端開關IGBT (T1)被83 μH的電感旁路,T1開關必須關閉。

低端開關IGBT (T2)每500 ms被驅(qū)動50 μs。

表7詳細列出了去飽和測試設置的功率器件。

圖22顯示電感L1中電流135 A時的開關動作,圖23顯示電感L1中電流139 A時的去飽和檢測。

表7.功率器件去飽和測試的測試設置

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圖21.系統(tǒng)測試電路的電氣設置

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圖22.VDC < 68 V,fSW = 2 Hz,占空比 = 0.01%

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圖23.VDC > 68 V,fSW = 2 Hz,占空比 = 0.01%

應用原理圖

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圖24.板原理圖

結(jié)論

ADuM4135柵極驅(qū)動器具有優(yōu)異的電流驅(qū)動能力,合適的電源范圍,還有100 kV/μs的強大CMTI能力,在驅(qū)動IGBT時提供優(yōu)良的性能。

本應用筆記中的測試結(jié)果提供的數(shù)據(jù)表明,ADuM4135評估板是驅(qū)動IGBT的高壓應用的解決方案。



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