隔離驅(qū)動(dòng)IGBT功率器件設(shè)計(jì)技巧八大問

IGBT，Power MOSFET和Bipolar Power Transistor等功率器件，都需要有充分的保護(hù)以避免欠壓、米勒效應(yīng)、缺失飽和、過載、短路造成的損害。本文通過Avago參與的八大問答討論隔離驅(qū)動(dòng)IGBT等功率器件的技巧。

　　1、如何避免米勒效應(yīng)?

　　IGBT操作時(shí)所面臨的問題之一是米勒效應(yīng)的寄生電容。這種效果是明顯的在0到15V類型的門極驅(qū)動(dòng)器(單電源驅(qū)動(dòng)器)。門集-電極之間的耦合，在于IGBT關(guān)斷期間,高dV/dt瞬態(tài)可誘導(dǎo)寄生IGBT道通(門集電壓尖峰)，這是潛在的危險(xiǎn)。

　　當(dāng)上半橋的IGBT打開操作，dVCE/dt電壓變化發(fā)生跨越下半橋的IGBT。電流會(huì)流過米勒的寄生電容，門極電阻和內(nèi)部門極驅(qū)動(dòng)電阻。這將倒至門極電阻電壓的產(chǎn)生。如果這個(gè)電壓超過IGBT門極閾值的電壓，可能會(huì)導(dǎo)致寄生IGBT道通。

　　有兩種傳統(tǒng)解決方案。首先是添加門極和發(fā)射極之間的電容。第二個(gè)解決方法是使用負(fù)門極驅(qū)動(dòng)。第一個(gè)解決方案會(huì)造成效率損失。第二個(gè)解決方案所需的額外費(fèi)用為負(fù)電源電壓。

　　解決方案是通過縮短門極-發(fā)射極的路徑,通過使用一個(gè)額外的晶體管在于門極-發(fā)射極之間。達(dá)到一定的閾值后，晶體管將短路門極-發(fā)射極地區(qū)。這種技術(shù)被稱為有源米勒鉗位,提供在我們的ACPL-3xxJ產(chǎn)品。你可以參考Avago應(yīng)用筆記AN5314

　　2、故障保護(hù)功能有哪些?都是集成在隔離驅(qū)動(dòng)器里嗎?

　　3種故障保護(hù)功能都集成到Avago的高集成柵極驅(qū)動(dòng)器ACPL-33xJ里-UVLO(以避免VCC2電平不足夠時(shí)開啟IGBT)，DESAT(以保護(hù)IGBT過電流或短路)，和米勒鉗位(以防止寄生米勒電容造成的IGBT誤觸發(fā))

　　3、在哪些應(yīng)用場(chǎng)合需要考慮米勒效應(yīng)的影響?

　　IGBT操作時(shí)所面臨的問題之一是米勒效應(yīng)的寄生電容。這種效果是明顯的在0到15V類型的門極驅(qū)動(dòng)器(單電源驅(qū)動(dòng)器)。門集-電極之間的耦合，在于IGBT關(guān)斷期間,高dV/dt瞬態(tài)可誘導(dǎo)寄生IGBT道通(門集電壓尖峰)，這是潛在的危險(xiǎn)。

　　當(dāng)上半橋的IGBT打開操作，dVCE/dt電壓變化發(fā)生跨越下半橋的IGBT。電流會(huì)流過米勒的寄生電容，門極電阻和內(nèi)部門極驅(qū)動(dòng)電阻。這將倒至門極電阻電壓的產(chǎn)生。如果這個(gè)電壓超過IGBT門極閾值的電壓，可能會(huì)導(dǎo)致寄生IGBT道通。

　　有兩種傳統(tǒng)解決方案。首先是添加門極和發(fā)射極之間的電容。第二個(gè)解決方法是使用負(fù)門極驅(qū)動(dòng)。第一個(gè)解決方案會(huì)造成效率損失。第二個(gè)解決方案所需的額外費(fèi)用為負(fù)電源電壓。

　　解決方案是通過縮短門極-發(fā)射極的路徑,通過使用一個(gè)額外的晶體管在于門極-發(fā)射極之間。達(dá)到一定的閾值后，晶體管將短路門極-發(fā)射極地區(qū)。這種技術(shù)被稱為有源米勒鉗位,提供在我門的ACPL-3xxJ產(chǎn)品?！　?strong style="word-break: break-all; ">4、對(duì)于工作于600V直流母線的30～75A、1200VIGBT而言，ACPL-33x、ACPL-H342這5顆帶miller鉗位保護(hù)的柵極驅(qū)動(dòng)光耦能否僅以單電源供電就能實(shí)現(xiàn)高可靠性驅(qū)動(dòng)，相比于傳統(tǒng)的正負(fù)供電，可靠性是更高，還是有所不足?

　　AvagoACPL-332J,ACPL-333J以及ACPL-H342的門極驅(qū)動(dòng)光耦可以輸出電流2.5A。這些產(chǎn)品適合驅(qū)動(dòng)1200V，100A類型的IGBT。

　　1)當(dāng)使用負(fù)電源，就不需要使用米勒箝位，但需花額外費(fèi)用在負(fù)電源上。

　　2)如果只有單電源可使用，那么設(shè)計(jì)者可以使用內(nèi)部?jī)?nèi)置的有源米勒箝位。

　　這兩種解決方法一樣可靠。米勒箝引腳在不使用時(shí)，需要連接到VEE。

　　5、欠壓，缺失飽和如何更好的被避免?

　　AVAGO門極驅(qū)動(dòng)光耦帶有欠壓閉鎖(UVLO)保護(hù)功能。當(dāng)IGBT故障時(shí)，門極驅(qū)動(dòng)光耦供電的電壓可能會(huì)低于閾值。有了這個(gè)閉鎖保護(hù)功能可以確保IGBT繼續(xù)在低電阻狀態(tài)。

　　智能門極驅(qū)動(dòng)光耦,HCPL-316J和ACPL-33xJ，附帶DESAT檢測(cè)功能。當(dāng)DESAT引腳上的電壓超過約7V的內(nèi)部參考電壓，而IGBT仍然在運(yùn)行中，后約5μs，F(xiàn)ault引腳改成邏輯低狀態(tài)，以通知MCU/DSP。

　　在同一時(shí)間，那1X小粒晶體管會(huì)導(dǎo)通，把IGBT的柵極電平通過RG電阻來放電。由于這種晶體管比實(shí)際關(guān)斷晶體管更小約50倍，IGBT柵極電壓將被逐步放電導(dǎo)致所謂的軟關(guān)機(jī)。

　　6、光伏逆變器是安裝在電廠，環(huán)境溫度相當(dāng)惡劣，光耦的工作環(huán)境溫度范圍?

　　工作環(huán)境溫度范圍可達(dá)-40°C至105°C。在工業(yè)應(yīng)用情況下是足夠的。如果客戶需要更高的工作溫度，R2 Coupler光耦可以運(yùn)作在擴(kuò)展溫度達(dá)到125°C。

　　7、光耦絕緣耐壓多高?

　　門極驅(qū)動(dòng)光耦有不同的封裝。每個(gè)封裝都有其自身的特點(diǎn)-如不同的爬電距離和間隙，以配合不同的應(yīng)用。不同的爬電距離和間隙對(duì)應(yīng)于不同的工作絕緣電壓,Viorm。最大Viorm從566V至2262V之間。

　　8、光耦柵極驅(qū)動(dòng)器最高的輸出電流是多少?