高压IGBT模块2SD315AI-33的应用研究

路产生的ＰＷＭ信号不能直接通过脉冲变压器，尤其是当脉冲信号的频率和占空比变化较大时，尤为困难。ＬＤＩ００１就是专门为此而设计的，此专用集成芯片的功能主要是对输入的ＰＷＭ信号进行编码，以使之可通过脉冲变压器进行传输。由于该器件内部带有施密特触发器，因此对输入端信号无特殊的边沿陡度要求，并能提供准静态的状态信号反馈。将其设计为集电极开路方式，可以适应任何电平逻辑，并可直接产生死区时间。以上优点使得接口既易用又灵活，从而省去了其它专用电路所必需的许多外围器件。
　　
　　驱动输出及逻辑保护电路的核心芯片是ＩＧＤ００１。它将变压器接口、过流短路保护、阻断逻辑生成、反馈状态记录、供电监视和输出阶段识别等功能都已集成在一起。每个ＩＧＤ用于一个通道，其具体功能是对脉冲变压器传来的ＰＷＭ信号进行解码，对ＰＷＭ信号进行功率放大，对ＩＧＢＴ的短路、过流及电源的欠压检测保护，并向ＬＤＩ反馈状态，以产生短路保护的响应时间和阻断时间等。
　　
　　２．２性能特点
　　
　　２ＳＤ３１５ＡＩ－３３与其它驱动器相比具有以下几个显著的特点：
　　
　　（１）可灵活定义逻辑电平；
　　
　　（２）可自由选择工作模式；
　　
　　（３）具有短路和过流保护功能；
　　
　　（４）具有欠压监测功能；
　　
　　（５）可动态设定短路保护阈值
　　
　　３２ＳＤ３１５ＡＩ－３３在实际中的应用
　　
　　３．１应用实例
　　
　　笔者所在实验室中正在设计的“双逆变器－电机”能量互馈式交流传动试验系统由于采用专为电力机车所设计的３００ｋＷ异步电机，故逆变器和变流器的主开关器件选用的是ＥＵＰＥＣ公司的高压ＩＧＢＴ模块ＦＺ１２００Ｒ３３ＫＦ１。该器件的电压等级为３３００Ｖ，电流等级为１２００Ａ。根据ＦＺ１２００Ｒ３３ＫＦ１对驱动保护电路的要求以及２ＳＤ３１５ＡＩ－３３驱动模块的性能特点，笔者设计了ＩＧＢＴ的驱动保护电路，具体如图３所示。
　　
　　该电路由输入保护、电源保护、上电复位、死区时间设定及与ＩＧＢＴ的接口电路几部分组成，该电路工作于半桥模式。以下分别予以介绍：
　　
　　输入保护：通常驱动板通过引线与控制电路相连，因此，应对驱动电路的输入ＩｎｐｕｔＡ和ＩｎｐｕｔＢ给予适当地保护，以便在掉电或输入信号呈高阻时，输入端能够通过电阻Ｒｘ１接地。电容Ｃｘ１的作用是抑制输入端出现的短脉冲或有害的尖峰脉冲。该电路会产生大约１μｓ的信号延迟。
　　
　　电源保护：在一定的情况下，如果驱动器外部发生短路（如ＩＧＢＴ毁坏或短路），则驱动模块内部的ＤＣ／ＤＣ变换器可能会导致电源线短路。故设计时在ＶＤＤ端增加了一个熔断器，以保证在出现故障时电路板不致毁坏。图中的１６Ｖ稳压管Ｚ２用于过压保护。
　　
　　上电复位：由于上电后的错误信息总是保存在驱动模块的错误寄存器中，因此在驱动电路与控制电路分离的情况下，可通过图３连接于ＶＬ／Ｒｅｓｅｔ的上电复位电路进行复位。该电路同时还有欠压保护功能。ＶＤＤ＞１２．７Ｖ时，Ｚ１反向击穿，Ｑ１导通，Ｑ２截止，ＶＬ为高电平，驱动器开通；而当ＶＤＤ＜１２Ｖ时，Ｑ１截止，Ｑ２导通，ＶＬ为低电平，驱动器关断。另外，该复位电路还可保证在开启电源后的一个较短时间内使加于所有ＩＧＢＴ器件控制端上的电压均为低，以保证所有ＩＧＢＴ器件均处于关断状态。
　　
　　与ＩＧＢＴ接口：当开通时，驱动电流经ＲＧ１和二极管ＤＧ流向ＩＧＢＴ，即开通电阻Ｒｏｎ＝ＲＧ１?关闭时，由于二极管ＤＧ的单向导电性，门极经ＲＧ１和ＲＧ２放电?即关断电阻Ｒｏｆｆ＝ＲＧ１＋ＲＧ２。这样就使得开通的ｄｉ／ｄｔ、ｄＶ／ｄｔ和关断的ｄＶ／ｄｔ可以分别控制，从而改善了开关过程，减少了开关损耗。
　　
　　３．２设计中需要特别注意的问题
　　
　　在任何时候都不能使过流检测管脚ＣＸ直接接到ＩＧＢＴ的集电极，而需通过二极管连接。其反向承受的峰值电压应超过逆变器直流侧电压的６０％，以防止高压串入驱动电路。
　　
　　在管脚Ｖｉｓｏｘ和Ｌｓｘ之间
　　
　　
　　
　　需串接一个电阻和发光二极管以指示通道Ｘ的工作状态，在正常情况下，发光二极管发光，而在发生短路和欠压故障时，发光二极管熄灭。但由于制作工艺上的原因，管脚Ｌｓｘ对于干扰极为敏感，因此，在设计中若要指示状态，应把发光二极管接在电路板上尽量靠近输出端的地方，若不需状态指示，则必须把管脚Ｌｓｘ和ＣＯＭｘ短接。千万不要通过很长的引线将发光二极管引出，或者将Ｌｓｘ端悬空，否则会因电磁干扰的引入使整个电路不能正常工作。

《高压IGBT模块2SD315AI-33的应用研究(第2页)》