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IGBT智能化驅(qū)動板SCALE
摘要：SCALE驅(qū)動是瑞士Concept公司生產(chǎn)的IGBT智能化驅(qū)動板，可用于驅(qū)動和保護(hù)IGBT。文中介紹了該IGBT智能化驅(qū)動板的主要功能、工作模式和引腳功能，給出該器件的典型應(yīng)用電路。１ 概述
由于ＩＧＢＴ（絕緣柵雙極性晶體管）是一種電壓控制型功率器件，它所需驅(qū)動功率小，控制電路簡單，導(dǎo)通壓降低，且具有較大的安全工作區(qū)和短路承受能力。因此，目前ＩＧＢＴ已在中功率以上的電力電子系統(tǒng)中（如變頻器、ＵＰＳ電源、高頻焊機(jī)等）逐漸取代了ＰＯＷＥＲ ＭＯＳＦＥＴ及ＰＯＷＥＲ ＢＪＴ而成為功率開關(guān)元件市場中的重要一員。然而?如何有效地驅(qū)動并保護(hù)ＩＧＢＴ則成為目前電力電子領(lǐng)域中的重要研究課題之一。一個具有保護(hù)功能的驅(qū)動電路不但能在正常工作狀態(tài)下給ＩＧＢＴ提供所需的驅(qū)動功率，在異常工作狀態(tài)下能起保護(hù)ＩＧＢＴ的作用，而且應(yīng)當(dāng)能使電力電子系統(tǒng)中的ＩＧＢＴ有很好的替換特性。因此?高性能的驅(qū)動電路是提高電子產(chǎn)品品質(zhì)和可靠性，從而增強(qiáng)其競爭力的關(guān)鍵之一。本文介紹一種高性能、智能化的ＩＧＢＴ驅(qū)動板ＳＣＡＬＥ。
圖1
２ 功能介紹
ＳＣＡＬＥ驅(qū)動板系列是瑞士Ｃｏｎｃｅｐｔ公司生產(chǎn)的，Ｃｏｎｃｅｐｔ公司是專業(yè)生產(chǎn)ＩＧＢＴ驅(qū)動電路的公司，主要為西門子／ＥＵＰＥＣ高壓大電流ＩＧＢＴ模塊配套。該ＳＣＡＬＥ驅(qū)動板采用ＡＳＩＣ設(shè)計，僅用１５Ｖ電源驅(qū)動，開關(guān)頻率可大于１００ｋＨｚ，且具有高可靠和長壽命特性，可驅(qū)動１７００Ｖ、１２００Ａ的ＩＧＢＴ。１９９８年度贏得ＡＢＢ優(yōu)秀電力電子項目稱號，其主要型號和驅(qū)動能力如表１所列。
表1 SCALE的主要型號和驅(qū)動能力
２．１ ＳＣＡＬＥ的特點(diǎn)
●實(shí)用范圍寬?可應(yīng)用在數(shù)千瓦至數(shù)兆瓦的功率范圍及實(shí)用的耐壓要求范圍內(nèi)，幾乎可工作在所有的頻率及調(diào)制模式，適用于任何廠家的模塊。
●體積小巧、結(jié)構(gòu)緊湊、應(yīng)用靈活，具有直接和半橋模式可供選擇。在半橋模式下，可選用所要求的死區(qū)時間。
●成本低，具有很高的性能／價格比。除可提供柵極驅(qū)動外，還具有檢測狀況顯示及電源隔離等功能，是一種可滿足市場所有要求的、最經(jīng)濟(jì)實(shí)用的驅(qū)動板。
●使用簡便。該驅(qū)動板的電接口非常簡單，可處理５～１５Ｖ電平的標(biāo)準(zhǔn)邏輯信號。具有施密特觸發(fā)器輸入特性，且對輸入信號沒有特殊要求。故障傳送使用集電極開路輸出，可與常用的邏輯電平相兼容。因為驅(qū)動板具有所有智能化驅(qū)動功能，且驅(qū)動信號、狀態(tài)傳送及電源與功率部分完全隔離，所以使用非常簡單。在大多數(shù)情況下，用智能化ＳＣＡＬＥ驅(qū)動板來驅(qū)動標(biāo)準(zhǔn)ＩＧＢＴ模塊，比使用智能化ＩＧＢＴ模塊（ＩＰＭ）更加簡便，也更加靈活。
２．２ ＳＣＡＬＥ的主要功能
ＳＣＡＬＥ由電子接口ＬＤＩ 、智能柵極驅(qū)動 ＩＧＤ和１５Ｖ ＤＣ／ＤＣ電源組成，其原理方框圖如圖１所示。由圖可見，該驅(qū)動板主要有兩個功能塊。其中功能塊＃１為ＬＤＩ（邏輯與驅(qū)動之間的接口），每一個ＬＤＩ可驅(qū)動兩路。加在輸入端的ＰＷＭ信號再通過脈沖變壓器隔離后，即可輸出驅(qū)動信號，以驅(qū)動ＩＧＢＴ工作。
功能塊＃２為ＩＧＤ（智能柵極驅(qū)動），該功能塊工作時，每路用一個ＩＧＤ從脈沖變壓器接收編碼脈沖信號，然后解碼出原始的ＰＷＭ信號。再經(jīng)功放，便可給ＩＧＢＴ柵極提供數(shù)安培的驅(qū)動電流。
（１） 電子接口ＬＤＩ００１
因為ＰＷＭ信號的頻率和占空比變化較大，所以不能簡單地通過變壓器傳送。為此，ＳＣＡＬＥ配備了ＬＤＩ００１邏輯驅(qū)動接口，ＬＤＩ００１的結(jié)構(gòu)如圖２所示，它具有以下功能：
●可為用戶提供一個簡單的接口，兩個信號輸入端都具有施密特觸發(fā)器特性；
●與５Ｖ、１５Ｖ的邏輯電平相匹配。
●產(chǎn)生半橋所需的死區(qū)時間；
●對ＰＷＭ信號進(jìn)行編碼，以使其可通過脈沖變壓器傳送；
●識別編碼傳送的狀態(tài)通知信號并放大，以為用戶提供一個準(zhǔn)靜態(tài)的狀態(tài)信號。
圖2
ＳＣＡＬＥ驅(qū)動器可不加任何元件而直接與邏輯電路相連，也可通過較長的電纜相連。這種情況下，為了獲得較高的信躁比，應(yīng)使用１５Ｖ電平。同時應(yīng)通過外接的ＲＣ網(wǎng)絡(luò)來獲得所要求的死區(qū)時間。
（２） 驅(qū)動塊ＩＧＤ００１
ＩＧＤ００１具有所有必需的智能驅(qū)動功能，如變壓器接口、過載和短路保護(hù)、鎖定時間邏輯、狀態(tài)通知、對電源電壓和輸出級的監(jiān)測等。
ＩＧＤ驅(qū)動塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖３所示，該驅(qū)動塊主要用于完成如下功能：
●對從脈沖變壓器接收的編碼信號進(jìn)行解碼；
●用功放ＰＷＭ信號驅(qū)動ＩＧＢＴ；
●監(jiān)測ＩＧＢＴ的過載和短路；
●監(jiān)測欠壓；
●產(chǎn)生響應(yīng)時間和鎖定時間；
●給控制器（ＬＤＩ００１）發(fā)出狀態(tài)通知信號。
智能驅(qū)動塊ＩＧＤ００１所有的保護(hù)、監(jiān)測功能（如過流、短路保護(hù)和欠壓保護(hù)）都置于次級。這樣，在出現(xiàn)故障時，電路將立即被關(guān)閉并鎖定。
圖3
（３） ＳＣＡＬＥ驅(qū)動塊的保護(hù)功能
ＳＣＡＬＥ的保護(hù)主要包括短路和過流以及電源監(jiān)測。對于短路和過流保護(hù)來說，ＳＣＡＬＥ驅(qū)動中的每路都有一個Ｖｃｅ監(jiān)測電路。Ｒｔｈ為關(guān)斷閾值的參考電阻。在ＩＧＢＴ開通后的一段響應(yīng)時間內(nèi)，Ｖｃｅ監(jiān)測電路不起作用。而當(dāng)Ｖｃｅ出現(xiàn)故障后，鎖定時間功能開始啟動，并在鎖定時間內(nèi)使驅(qū)動器鎖定ＩＧＢＴ，而不再接受輸入信號。模塊中的各路都具有自己的鎖定功能，并均由各路的ＬＧＤ００１實(shí)現(xiàn)。一旦Ｖｃｅ超過由Ｒｔｈ設(shè)定的閾值，鎖定將立即啟動。
ＳＣＡＬＥ中的每路都具有一個欠壓監(jiān)測電路。 當(dāng)電源電壓降至１０Ｖ或１１Ｖ時，ＩＧＢＴ將執(zhí)行負(fù)壓關(guān)斷并進(jìn)行故障報警。 【IGBT智能化驅(qū)動板SCALE】相關(guān)文章： 新型IGBT/MOSFET驅(qū)動模塊SKHI22A/B03-19 IGBT驅(qū)動芯片IXDN404應(yīng)用及改進(jìn)(一)03-07 一種專為IGBT和MOSFET設(shè)計的驅(qū)動器03-19 IGBT的保護(hù)03-20 采用IGBT的正弦波中頻逆變電源03-19 電力驅(qū)動系統(tǒng)逆變器實(shí)時仿真03-18