新型IGBT/MOSFET驅(qū)動(dòng)模塊SKHI22A/B

摘要：SKHI22A/B是德國(guó)西門康（SEMIKRON）公司推出的一種新型的IGBT/MOSFET的驅(qū)動(dòng)模塊。文章介紹了SKHI22A/B的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和功能，給出了它的具體應(yīng)用電路。

    關(guān)鍵詞：IGBT；驅(qū)動(dòng)模塊 ；SKHI22A/B

１　概述

ＳＫＨＩ系列驅(qū)動(dòng)模塊是德國(guó)西門康（ＳＥＭＩＫＲＯＮ）公司推出的一種新型ＩＧＢＴ／ＭＯＳＦＥＴ驅(qū)動(dòng)模塊。ＳＫＨＩ系列驅(qū)動(dòng)模塊主要有以下特點(diǎn)：

●僅需一個(gè)不需隔離的＋１５Ｖ電源供電?

●抗ｄＶ／ｄｔ能力可以達(dá)到７５ｋＶ／μｓ?

●控制電路和ＩＧＢＴ主電路之間的隔離電壓可以達(dá)到４ｋＶ

    ●輸出峰值電流可以達(dá)到３０Ａ?

●同一橋臂上下開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號(hào)具有互鎖功能，可以防止兩個(gè)開(kāi)關(guān)管的貫穿導(dǎo)通?

●死區(qū)時(shí)間、ＶＣＥ的監(jiān)控、ＲＧＯＮ／ＯＦＦ可以分別調(diào)節(jié)，因而可以對(duì)不同用戶的特殊需求進(jìn)行優(yōu)化?

●可以輸出差錯(cuò)信號(hào)以通知控制系統(tǒng)?

●具有過(guò)流、欠壓保護(hù)功能。

下面主要以ＳＫＨＩ２２Ａ為例，對(duì)ＳＫＨＩ系列驅(qū)動(dòng)模塊進(jìn)行介紹。

２ 內(nèi)部結(jié)構(gòu)及原理

ＳＫＨＩ２２Ａ／Ｂ引腳功能排列如表１所列。圖１所示是ＳＫＨＩ系列驅(qū)動(dòng)器的內(nèi)部電路原理圖。

表1 SKHI22A的引腳功能

引腳號(hào)	引腳名稱	引腳說(shuō)明
P14	GND/0V	相應(yīng)輸入信號(hào)的地
P13	Vs	電源+15V±4%
P12	VIN1	上開(kāi)關(guān)管的輸入開(kāi)關(guān)信號(hào)1，+5V邏輯（對(duì)于SKHI22A/21A為+15V邏輯）
P11	FREE	空置
P10	ERROR	差錯(cuò)輸出，低有效，集電極開(kāi)路輸出，最大為30V/15mA
P9	TDT2	通過(guò)接地或接Vs數(shù)字調(diào)節(jié)橋臂上下開(kāi)關(guān)管的死區(qū)時(shí)間
P8	VIN2	下管的輸入開(kāi)關(guān)信號(hào)1，+5V邏輯（對(duì)于SKHI22A/21A為+15V邏輯）
P7	GND/0V	相應(yīng)輸入信號(hào)的地
S20	VCE1	接IGBT1的集電極（上開(kāi)關(guān)管）
S15	CCE1	通過(guò)外接RCE和CCE來(lái)調(diào)節(jié)參考電壓
S14	GON1	接RON到IBGT1的基極
S13	GOFF1	接ROFF到IBGT1的基極
S12	E1	接IGBT1的發(fā)射極（上開(kāi)關(guān)管）
S1	VCE2	接IGBT2的集電極（下開(kāi)關(guān)管）
S6	CCE2	通過(guò)外掃RCE和CCE來(lái)調(diào)節(jié)參考電壓
S7	GON2	接RON到IGBT2的基極
S8	GOFF2	接ROFF到IGBT2的基極
S9	E2	接IGBT2的發(fā)送極（下開(kāi)關(guān)管）

２．１ ＳＫＨＩ２２Ａ／Ｂ的脈沖整形電路

ＳＫＨＩ中的脈沖整形電路的作用是在控制ＩＢＧＴ的脈沖信號(hào)輸入后，用短脈沖抑制電路對(duì)脈沖寬度小于５００ｎｓ的開(kāi)關(guān)脈沖進(jìn)行抑制，以使其不能傳遞到ＩＧＢＴ，這樣可以有效的抑制電磁干擾引起的電壓尖峰對(duì)開(kāi)關(guān)管的誤觸發(fā)，從而提高驅(qū)動(dòng)電路的抗干擾能力。另外，模塊還可以對(duì)輸入的觸發(fā)脈沖進(jìn)行整形（例如常用的ＳＧ３５２５芯片所產(chǎn)生的脈沖在上升沿往往有電壓尖峰，而且在脈沖高低電平時(shí)有時(shí)電平會(huì)有波動(dòng)），而且在經(jīng)過(guò)ＳＫＨＩ整形輸出以后，波形已十分標(biāo)準(zhǔn)，因而能可靠地對(duì)ＩＧＢＴ進(jìn)行控制。

２．２ ＳＫＨＩ２２Ａ／Ｂ的脈沖互鎖電路

脈沖互鎖電路的互鎖時(shí)間由外接端子ＴＤＴ１、ＴＤＴ２和ＳＥＣＥＬＴ所接的高低電平來(lái)決定。同時(shí)可由這三個(gè)端子進(jìn)行數(shù)字調(diào)節(jié)（ＳＫＨＩ２２Ａ只有ＴＤＴ２）。這種設(shè)計(jì)可以使不同開(kāi)關(guān)速度的開(kāi)關(guān)器件的互鎖時(shí)間均大于ＩＧＢＴ的關(guān)斷延遲時(shí)間，從而避免貫穿導(dǎo)通。

２．３ ＳＫＨＩ２２Ａ／Ｂ的欠壓保護(hù)電路

模塊內(nèi)部欠壓保護(hù)電路的作用是當(dāng)電源電壓低于＋１３Ｖ時(shí)，將差錯(cuò)輸出端的電平拉低，以輸出差錯(cuò)信號(hào)。

以上三部分控制電路被集成在一塊ＡＳＩＣ中，與一般的分立元件組成的電路相比，這樣可以大大的提高控制電路的抗干擾能力，同時(shí)可靠性也得到了提高。另外，ＳＫＨＩ系列器件的初級(jí)（控制部分）和次級(jí)（主電路部分）之間還可通過(guò)變壓器實(shí)現(xiàn)隔離。

２．４ ＳＫＨＩ２２Ａ／Ｂ驅(qū)動(dòng)器的輸出級(jí)

ＳＫＨＩ驅(qū)動(dòng)器件的輸出級(jí)采用ＭＯＳＦＥＴ晶體管互補(bǔ)電路的形式以降低驅(qū)動(dòng)源的內(nèi)阻，同時(shí)可加速ＩＧ-ＢＴ的關(guān)斷過(guò)程。圖２所示是其輸出級(jí)電路。圖中，ＭＯＳＦＥＴ的源極分別和外部端子進(jìn)行連接，這樣即可通過(guò)分別串接的ＲＯＮ和ＲＯＦＦ調(diào)節(jié)ＩＧＢＴ的開(kāi)通和關(guān)斷速度；內(nèi)部集成電壓源可提高模塊的可靠性；通過(guò)調(diào)節(jié)電源電壓可以在不減?。郑牵诺那闆r下提供滿功率輸出脈沖，從而防止因ＩＧＢＴ退出飽和而損壞。

２．５ ＳＫＨＩ２２Ａ／Ｂ的短路保護(hù)

ＳＫＨＩ模塊利用“延時(shí)搜索過(guò)電流保護(hù)”方法?通過(guò)檢測(cè)ＩＧＢＴ通態(tài)壓降的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)ＩＧＢＴ的過(guò)電流保護(hù)。當(dāng)電路出現(xiàn)短路時(shí)，出錯(cuò)信號(hào)將由ＶＣＥ輸入并通過(guò)脈沖變壓器傳遞到差錯(cuò)控制器，以封鎖所有到ＩＧＢＴ的脈沖并觸發(fā)出錯(cuò)信號(hào)端（Ｐ１０）。該模塊通過(guò)調(diào)節(jié)檢測(cè)ＶＣＥ電壓信號(hào)的延時(shí)可以避免錯(cuò)誤短路信號(hào)；其內(nèi)部帶有故障缺省記憶功能，可以防止重復(fù)的高電流脈沖對(duì)開(kāi)關(guān)管的損壞，經(jīng)過(guò)幾個(gè)重復(fù)的高脈沖之后可以永久封閉脈沖輸出。此外，它還同時(shí)帶有差錯(cuò)信號(hào)輸出，可以通知主控制板做出相應(yīng)的動(dòng)作。

２．６ ＳＫＨＩ２２Ａ／Ｂ的電壓隔離

使用帶涂層的環(huán)形鐵氧體變壓器可以使輸入和輸出級(jí)之間的隔離電壓達(dá)到４ｋＶ。這是使用光耦作隔離驅(qū)動(dòng)器件所不能達(dá)到的。使用脈沖變壓器代替光耦在原副邊之間可以防止很高的ｄＶ／ｄｔ（可以達(dá)到７５ｋＶ／μｓ）。

２．７ ＳＫＨＩ２２Ａ／Ｂ的輔助電源

由于ＳＫＨＩ模塊內(nèi)部有帶隔離變壓器的ＤＣ／ＤＣ變換器，因而可以節(jié)省外部變壓器并可使設(shè)計(jì)布局更加緊湊；在輔助電源原邊有欠電壓監(jiān)控電路，這樣可以保證ＩＧＢＴ有一個(gè)安全可靠并能提供足夠功率的門極驅(qū)動(dòng)電路；每個(gè)ＩＧＢＴ采用相互獨(dú)立的電源。因此，其電源之間的耦合電容很小，從而提高了開(kāi)關(guān)信號(hào)的抗干擾能力。

３　應(yīng)用電路

ＳＫＨＩ２２Ａ／Ｂ的應(yīng)用電路如圖３所示。圖中，ＩＮ-ＰＵＴ?ＴＯＰ?和ＩＮＰＯＵＴ?ＢＯＴＴＯＭ?分別為同一橋臂上、下開(kāi)關(guān)管的觸發(fā)脈沖；管腳ＴＤＴ２接高電平＋１５Ｖ時(shí)，死區(qū)時(shí)間為４．２５μｓ，接低電平ＧＮＤ時(shí)，死區(qū)時(shí)間為３．２５μｓ。ＥＲＲＯＲ管腳為差錯(cuò)信號(hào)輸出，當(dāng)模塊檢測(cè)到電路有過(guò)流、欠壓等現(xiàn)象并進(jìn)行保護(hù)時(shí)，該管腳電平將被拉低以通知主控制板。

管腳Ｓ１５、Ｓ６外接的ＲＣＥ和ＣＣＥ?用于調(diào)節(jié)管子過(guò)流保護(hù)時(shí)的壓降。對(duì)于１２００Ｖ的ＩＧＢＴ，一般選擇ＲＣＥ為１８ｋΩ、ＣＣＥ為３００ｐＦ，此時(shí)管壓降門限為５Ｖ。管腳Ｓ１４、Ｓ７外接ＩＧＢＴ的柵極導(dǎo)通電阻ＲＯＮ，該電阻一般應(yīng)在３～２２Ω之間，實(shí)際應(yīng)用時(shí)，該電阻的發(fā)熱比較嚴(yán)重，因此建議使用２Ｗ的電阻。管腳Ｓ１３、Ｓ８外接ＩＧＢＴ的柵極導(dǎo)通電阻ＲＯＦＦ，其使用方法和ＲＯＮ一樣。管腳Ｓ２０、Ｓ１分別連接檢測(cè)上、下開(kāi)關(guān)管的漏極。對(duì)于１７００Ｖ的ＩＧＢＴ，通常應(yīng)該串接１ｋΩ／０．４Ｗ的電阻。