一種專(zhuān)為IGBT和MOSFET設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)器

摘要：介紹了一種專(zhuān)為IGBT和功率MOSFET設(shè)計(jì)的電力電子驅(qū)動(dòng)器件——SCALE集成驅(qū)動(dòng)器的性能特點(diǎn)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，給出了SCALE集成驅(qū)動(dòng)器在中頻臭氧發(fā)生器電源中的應(yīng)用電路。
　　關(guān)鍵詞：驅(qū)動(dòng)電路；IGBT；功率MOSFET；中頻電源；臭氧發(fā)生器
　　
　　電力電子器件的驅(qū)動(dòng)電路是電力電子主電路與控制電路之間的接口，是電力電子裝置的重要環(huán)節(jié)，對(duì)整個(gè)裝置的性能有很大的影響。采用性能良好的驅(qū)動(dòng)電路可使電力電子器件工作在比較理想的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，同時(shí)可縮短開(kāi)關(guān)時(shí)間，減少開(kāi)關(guān)損耗，這對(duì)裝置的運(yùn)行效率、可靠性和安全性都有重要的意義。
　　
　　驅(qū)動(dòng)電路的常用形式是由分立元件構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)電路，但目前的趨勢(shì)是采用專(zhuān)用的集成驅(qū)動(dòng)電路。ＳＣＡＬＥ集成驅(qū)動(dòng)器就是由瑞士ＣＯＮＣＥＰＴ公司生產(chǎn)的、專(zhuān)為ＩＧＢＴ和電力ＭＯＳＦＥＴ提供驅(qū)動(dòng)的電路。它具有多功能、低成本、易使用、可靠性好等特點(diǎn)。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用中對(duì)驅(qū)動(dòng)性能、驅(qū)動(dòng)輸出通道數(shù)目、隔離等不同要求，ＳＣＡＬＥ集成驅(qū)動(dòng)器具有相應(yīng)的不同型號(hào)?因而可滿足不同的需求。
　　
　　由于各種不同型號(hào)的ＳＣＡＬＥ集成驅(qū)動(dòng)器在功能、結(jié)構(gòu)和使用方法上大同小異，故本文不針對(duì)某種具體型號(hào)的ＳＣＡＬＥ器件作敘述，而是對(duì)整個(gè)系列的ＳＣＡＬＥ器件的共性進(jìn)行論述，以便使讀者對(duì)ＳＣＡＬＥ器件有一個(gè)整體的認(rèn)識(shí)，在應(yīng)用時(shí)再根據(jù)具體的需要選擇具體型號(hào)的ＳＣＡＬＥ芯片。本文首先介紹ＳＣＡＬＥ集成驅(qū)動(dòng)器的性能特點(diǎn)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)；然后介紹它在中頻ＤＢＤ型臭氧發(fā)生器電源中的應(yīng)用，并給出了實(shí)驗(yàn)波形。
　　
　　１ＳＣＡＬＥ的性能特點(diǎn)及內(nèi)部結(jié)構(gòu)
　　
　�。保�１ＳＣＡＬＥ驅(qū)動(dòng)器的性能特點(diǎn)
　　
　�。樱茫粒蹋牌骷�提供的驅(qū)動(dòng)電流可達(dá)１８Ａ，輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)的導(dǎo)通電平為＋１５Ｖ，關(guān)斷電平為－１５Ｖ；開(kāi)關(guān)頻率范圍為０～１００ｋＨｚ；具有５００Ｖ～１０ｋＶ的電氣隔離特性；占空比為０～１００％。同時(shí),這種器件內(nèi)部還帶有短路和過(guò)流保護(hù)電路、隔離的狀態(tài)識(shí)別電路、電源檢測(cè)電路和ＤＣ／ＤＣ開(kāi)關(guān)電源。
　　
　�。保�２ＳＣＡＬＥ驅(qū)動(dòng)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)
　　
　　ＳＣＡＬＥ器件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖１所示（兩通道）。
　　
　　由圖可見(jiàn)?驅(qū)動(dòng)器由三個(gè)功能單元組成。
　　
　　第一個(gè)功能單元是邏輯與驅(qū)動(dòng)電路接口（ＬＤＩ），用于驅(qū)動(dòng)兩個(gè)通道。當(dāng)加在輸入端ＩｎＡ和ＩｎＢ的ＰＷＭ信號(hào)經(jīng)過(guò)處理后，其驅(qū)動(dòng)信息被分別送到每個(gè)驅(qū)動(dòng)通道的脈沖變壓器。由于變壓器不易傳輸頻率范圍和占空比都比較寬的ＰＷＭ信號(hào)，因此，ＬＤＩ主要用來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。ＬＤＩ的主要功能如下：
　　
　�。ǎ保�為用戶(hù)提供一個(gè)簡(jiǎn)單的接口。它的兩個(gè)信號(hào)輸入端都有施密特觸發(fā)電路；
　　
　　（２）提供簡(jiǎn)單的邏輯電源接口；
　　
　�。ǎ常┰诎霕蚍绞街挟a(chǎn)生死區(qū)時(shí)間；
　　
　�。ǎ矗�對(duì)ＰＷＭ信號(hào)進(jìn)行編碼，以便通過(guò)脈沖變壓器傳輸；
　　
　　（５）評(píng)估脈碼狀態(tài)識(shí)別信號(hào)及隨后的緩沖，以便為用戶(hù)提供一個(gè)準(zhǔn)靜態(tài)的識(shí)別信號(hào)。
　　
　�。樱茫粒蹋膨�(qū)動(dòng)器可與任何邏輯接口和電平兼容，無(wú)須附加其它電路。脈沖變壓器負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的隔離，同時(shí)可將來(lái)自每個(gè)通道的信息反饋給ＬＤＩ。
　　
　　第二個(gè)功能單元是智能門(mén)極驅(qū)動(dòng)器（ＩＧＤ）。對(duì)應(yīng)于每個(gè)驅(qū)動(dòng)通道都有一個(gè)ＩＧＤ。其主要功能如下：
　　
　�。ǎ保┙邮軄�(lái)自脈沖變壓器的脈碼信號(hào)，并將其復(fù)原成ＰＷＭ信號(hào)；
　　
　�。ǎ玻�對(duì)ＰＷＭ信號(hào)進(jìn)行放大，并驅(qū)動(dòng)功率管；
　　
　�。ǎ常�對(duì)功率器件進(jìn)行短路及過(guò)流保護(hù)；
　　
　�。ǎ矗┣穳罕O(jiān)測(cè)；
　　
　�。ǎ担┊a(chǎn)生響應(yīng)和關(guān)斷時(shí)間；
　　
　　（６）傳輸狀態(tài)識(shí)別信號(hào)給ＬＤＩ。
　　
　　第三個(gè)功能單元是集成ＤＣ／ＤＣ電源。所有標(biāo)準(zhǔn)的ＳＣＡＬＥ驅(qū)動(dòng)器都有一個(gè)ＤＣ／ＤＣ變
　　
　　
　　
　　換器，以便為各個(gè)驅(qū)動(dòng)通道提供工作電源。因此，該驅(qū)動(dòng)器只需一個(gè)穩(wěn)定的１５Ｖ直流電源。
　　
　�。玻樱茫粒蹋膨�(qū)動(dòng)器的應(yīng)用
　　
　�。樱茫粒蹋偶�成驅(qū)動(dòng)器是專(zhuān)為ＩＧＢＴ和電力ＭＯＳＴＥＴ而設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)器，可應(yīng)用于多種電力電子裝置或設(shè)備。在應(yīng)用ＳＣＡＬＥ驅(qū)動(dòng)器時(shí)，應(yīng)首先考慮以下三個(gè)問(wèn)題：第一是工作方式的選擇；第二是驅(qū)動(dòng)器工作電平和門(mén)限電阻Ｒｔｈ的確定；第三是故障狀態(tài)信號(hào)與控制電路的接口。
　　
　�。玻�１工作方式的選擇
　　
　�。樱茫粒蹋膨�(qū)動(dòng)器有兩種工作方式：直接和半橋方式。直接方式的連線圖如圖２所示。該方式下，ＭＯＤ輸入端接ＶＣＣ，ＲＣ１和ＲＣ２接地，ＰＷＭ信號(hào)同時(shí)接ＩＮＡ和ＩＮＢ，ＳＯ１和ＳＯ２引出兩個(gè)狀態(tài)反饋信號(hào)。
　　
　　當(dāng)驅(qū)動(dòng)器工作在直接方式時(shí)，驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)通道之間沒(méi)有聯(lián)系，兩個(gè)通道總是同時(shí)被驅(qū)動(dòng)。死區(qū)時(shí)間由控制電路確定。半橋方式的連線圖如圖３所示。在該方式下，ＭＯＤ輸入端接地，ＩＮＡ輸入ＰＷＭ信號(hào)，ＩＮＢ輸入使能信號(hào)。由于兩個(gè)狀態(tài)輸出端ＳＯ１和ＳＯ２接在一起，所以?xún)蓚�(gè)驅(qū)動(dòng)通道輸出同一故障信號(hào)。死區(qū)時(shí)間由ＲＣ１和ＲＣ２的外接電路來(lái)確定。
　　
　　２．２邏輯電平的確定及Ｒｔｈ的計(jì)算
　　
　　該邏輯電平可由驅(qū)動(dòng)器的ＶＬ／Ｒｅｓｅｔ輸入端來(lái)確定。ＶＬ／Ｒｅｓｅｔ端的電壓值決定了輸入ＩｎＡ和ＩｎＢ施密特觸發(fā)器的觸發(fā)上限電平為２ＶＬ／３，下限觸發(fā)電平為ＶＬ／３。由于輸入端ＩｎＡ、ＩｎＢ具有施密特觸發(fā)特性，所以ＳＣＡＬＥ驅(qū)動(dòng)器能處理５～１５Ｖ之間的任何邏輯電平，也就是說(shuō)：控制電路與ＳＣＡＬＥ驅(qū)動(dòng)器之間可以不附加其它電路。圖２和圖３分別給出了ＴＴＬ電平和１５Ｖ電平時(shí)，ＶＬ／Ｒｅｓｅｔ端的連線圖。
　　
　　圖5SCALE驅(qū)動(dòng)接線圖（半橋方式）
　　
　　電阻Ｒｔｈ的作用是用來(lái)定義當(dāng)功率管導(dǎo)通時(shí)的最大管壓降，它和其它元件一起構(gòu)成了Ｖｃｅ監(jiān)測(cè)電路。當(dāng)功率管導(dǎo)通時(shí)的管壓降大于由Ｒｔｈ定義的最大管壓降時(shí)，Ｖｃｅ監(jiān)測(cè)電路便輸出故障報(bào)警信號(hào)，并關(guān)斷功率管。Ｒｔｈ的計(jì)算公式為：
　　
　�。遥簦瑁剑郑簦瑁�１５０μＡ。
　　
　　式中，Ｖｔｈ為關(guān)斷閾值電壓，１５０μＡ為驅(qū)動(dòng)器內(nèi)置電流源。
　　
　　２．３故障狀態(tài)輸出
　　
　　狀態(tài)輸出采用的是集電極開(kāi)路形式，以便與其它邏輯電平匹配。輸出時(shí)須接上拉電阻。當(dāng)電源電壓低于１０Ｖ時(shí)?ＩＧＤ執(zhí)行欠壓保護(hù)功能?輸出負(fù)門(mén)極電壓可關(guān)斷功率管并輸出故障報(bào)告；當(dāng)Ｖｃｅ監(jiān)測(cè)電路檢測(cè)到短路或過(guò)電流時(shí)，ＩＧＤ執(zhí)行短路或過(guò)流保護(hù)功能，此時(shí)關(guān)斷功率管的輸出為故障報(bào)告信號(hào)。ＳＣＡＬＥ器件在檢測(cè)到電路故障時(shí)，其封鎖時(shí)間為１ｓ左右。驅(qū)動(dòng)器一旦被檢測(cè)到有故障，輸出晶體管將被拉低，而在正常情況下，晶體管輸出高電平。
　　
　�。吃谥蓄lＤＢＤ型臭氧發(fā)生器中的應(yīng)用
　　
　　圖４所示是一個(gè)中頻ＤＢＤ型臭氧發(fā)生器電源系統(tǒng)的原理框圖。圖中，整個(gè)電源系統(tǒng)可分為主電路、控制電路和驅(qū)動(dòng)電路，主電路包括整流電路和逆變電路；控制電路主要包括ＰＷＭ控制電路、晶閘管智能模塊觸發(fā)控制電路、保護(hù)電路和軟啟動(dòng)電路。其中整流電路采用三相全控整流電路，逆變電路則采用全橋結(jié)構(gòu)。驅(qū)動(dòng)電路采用ＳＣＡＬＥ集成驅(qū)動(dòng)器，型號(hào)為２ＳＤ３１５Ａ，采用的工作方式為半橋工作方式，接線圖如圖５所示。圖中只給出一塊驅(qū)動(dòng)器的接線圖，另一塊可用相同的方法連接。
　　
　　２ＳＤ３１５Ａ具有兩個(gè)驅(qū)動(dòng)通道，因而此系統(tǒng)需要兩個(gè)２ＳＤ３１５Ａ集成驅(qū)動(dòng)器，一個(gè)ＳＣＡＬＥ驅(qū)動(dòng)器可驅(qū)動(dòng)同一橋臂的上下兩功率管，工作波形如圖６所示。ＰＷＭ控制電路采用ＳＧ３５２５集成芯片。ＳＧ３５２５產(chǎn)生的ＰＷＭ波形經(jīng)ＳＣＡＬＥ驅(qū)動(dòng)器后可輸出Ｇ１和Ｇ２門(mén)極驅(qū)動(dòng)信號(hào)。圖中Ｇ１和Ｇ２分別為同一橋臂上下管的門(mén)極驅(qū)動(dòng)信號(hào)，它們之間有死區(qū)時(shí)間。另一橋臂上下兩管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)在時(shí)序關(guān)系上與Ｇ１、Ｇ２相同。全橋逆變器的功率管采用ＩＧＢＴ，在工作時(shí)，全橋結(jié)構(gòu)中的斜對(duì)管將同時(shí)導(dǎo)通或關(guān)斷。另外，由于ＳＣＡＬＥ集成驅(qū)動(dòng)器能處理５～１５Ｖ之間的任何邏輯電平，故可使驅(qū)動(dòng)電路與控制電路的接口得到簡(jiǎn)化，同時(shí)ＳＧ３５２５芯片與２ＳＤ３１５Ａ間也無(wú)需電平轉(zhuǎn)換電路。
　　
　�。唇Y(jié)束語(yǔ)
　　
　　實(shí)踐證明，在中頻ＤＢＤ型臭氧發(fā)生器電源中，驅(qū)動(dòng)電路采用ＳＣＡＬＥ集成驅(qū)動(dòng)器后，驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu)變得更為簡(jiǎn)單、功能更加強(qiáng)大、可靠性更高。與ＩＰＭ相比，ＳＣＡＬＥ驅(qū)動(dòng)器只需極少的外圍電路，但能提供更靈活的開(kāi)關(guān)特性，而且還可以靈活的選擇Ｖｃｅ檢測(cè)電路。可以預(yù)見(jiàn)：ＳＣＡＬＥ驅(qū)動(dòng)器將以其優(yōu)良的性能在電力電子裝置中得到廣泛的應(yīng)用。

【一種專(zhuān)為IGBT和MOSFET設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)器】相關(guān)文章：

新型IGBT/MOSFET驅(qū)動(dòng)模塊SKHI22A/B08-06

一種新型的IGBT短路保護(hù)電路的設(shè)計(jì)08-06

具有寬占空因子范圍的隔離式 MOSFET 驅(qū)動(dòng)器08-06

IGBT的保護(hù)08-06

IGBT-IPM智能模塊的電路設(shè)計(jì)及在SVG裝置中的應(yīng)用08-06

一種可進(jìn)化IP核的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)08-06

IGBT智能化驅(qū)動(dòng)板SCALE08-06

新型LCD視頻驅(qū)動(dòng)器08-06

采用IGBT的正弦波中頻逆變電源08-06