無磁心變壓器技術(shù)在igbmosfe中的應(yīng)用

無磁心變壓器技術(shù)在igbmosfe中的應(yīng)用

大型igdt驅(qū)動裝置是一個通用的元件，其主要用途是高邊驅(qū)動隔離。本文介紹基于無磁心變壓器技術(shù)的半橋驅(qū)動器2ED020I12-F，及其發(fā)展前景。無磁心變壓器技術(shù)優(yōu)缺點現(xiàn)在實現(xiàn)中小功率裝置的電氣安全隔離功能最常用的方法是：光電耦合器、隔離變壓器或集成電平位移，而每種方法都有其優(yōu)缺點。無磁心變壓器技術(shù)集中了它們的優(yōu)點，同時又避免了那些缺點。更詳細(xì)地來說就是具有更高的電氣隔離能力，穩(wěn)定的可靠性，封裝尺寸小，與其他邏輯功能更便于集成，以及更高的效率。CLT的基本原理就是在半導(dǎo)體之內(nèi)植入微小變壓器，提供電隔離和輸入與輸出間的信號傳輸。ed2c0i12-f電隔離無磁心變壓器技術(shù)在IGBT/MOSFET驅(qū)動中最典型應(yīng)用是驅(qū)動器2ED020I12-F，可以替代目前的光電耦合器、隔離變壓器或集成電平位移的解決方案。2ED020I12-F包含兩個驅(qū)動器，高邊與低邊通過無磁心變壓器實現(xiàn)電隔離。其主要特點：(1)全負(fù)載電壓可達(dá)1200VDC。(2)柵極驅(qū)動電壓范圍從13～+18V。(3)柵極驅(qū)動峰值電流+1A/-2A(拉電流/灌電流)。2ED020I12-F的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖，如圖1所示。最大開關(guān)頻率2ED020I12-F不僅可以作為IGBT的驅(qū)動芯片，由于額定的最大開關(guān)頻率可以穩(wěn)定達(dá)到60kHz，它同樣適用于場效應(yīng)晶體管MOSFET。因此可應(yīng)用于：(1)中低功率AC和BLDC(無刷直流)驅(qū)動的3相變換器。(2)直流半橋驅(qū)動器或SMPS。1.低邊選擇時的驅(qū)動和檢測保護(hù)高邊驅(qū)動器電源的簡易解決辦法是通過一個自舉電路實現(xiàn)。而最簡單的自舉電路可由一個二極管和一個電容組成。這些器件選擇由以下因素決定：1)二極管的擊穿電壓必須要大于加在其上的直流母線電壓。比如說，一個800V的系統(tǒng)，選擇1200V的二極管是比較合適的。2)由電容提供的電壓需要持續(xù)保持比驅(qū)動器的UVLO門限大一些。由式(1)計算出的自舉電容的值具有足夠的安全性。式中QG——門極電荷；Iq——驅(qū)動器的靜態(tài)電流；IL——電容器的漏電流(只涉及電解電容器)；fS——開關(guān)頻率；VDD——電源電壓；VF——自舉二極管的正向電壓跌落值；VCE——低邊IGBT集電極-發(fā)射極的電壓值(MOSFET的源-漏極電壓)。低邊驅(qū)動器能夠處理中等功率變換器的接地波動。但是，地引腳GND與芯片的接地端GNDL必須用盡可能短的線連接，如圖2所示。這樣，可以減少由接地波動引起的壓降。因此，驅(qū)動器的參考接地點的定義必須與應(yīng)用相一致。例如：1)若不并聯(lián)電阻，驅(qū)動器的接地點等效于低邊IGBT的發(fā)射極或場效應(yīng)管的源極。2)若使用了并聯(lián)電阻，驅(qū)動器的接地點必須連在發(fā)射極或源極。在這種情況下，驅(qū)動器和微控制器的接地點是通過并聯(lián)電阻分開的。這樣可以保證通過并聯(lián)電阻的電流不包括門電流。3)在另一種情況下，驅(qū)動器的接地點和微控制器是一樣的，并聯(lián)電阻會像附加的普通的低邊發(fā)射極或源極電阻那樣工作。對于低功率甚至一些中等功率的應(yīng)用來講，通過一個門電阻將IGBT或者場效應(yīng)管與2ED020I12-F相連是基本夠用的。阻值可由以下公式確定式中R1,2(min)——門電阻的最小值。要考慮到驅(qū)動器內(nèi)部和IGBT/MOSFET本身的電阻值；ΔUGE——最大電壓差。對于0V/15V的驅(qū)動器ΔUGE=15V。自舉電路產(chǎn)生的壓降(如UF和UCE)會導(dǎo)致最大電壓值的降低；IG(max)——門極最大允許峰值電流。在一些中等功率的應(yīng)用中，可能會要求更高的拉電流和灌電流，一般不低于+1A/-2A，這樣就需要附加一個升壓器，如圖3所示。集成運放和比較器非常適合探測過電流(OC)和短路電流(SC)。圖4描述了在半橋的低邊使用分流電阻的檢測保護(hù)電路。萬一過流或短路達(dá)到由比較器的R7和R8設(shè)置的門限電壓，電路會產(chǎn)生一個故障信號。這個電路的好處是：半橋驅(qū)動芯片不僅可以控制開關(guān)功率半導(dǎo)體，還可以用作測量。這樣就不需要單獨的運放或比較器。另外，在復(fù)雜的情況下，驅(qū)動器需要組合運放和比較器。比較器用作檢測過電流，另一個檢測短路電流。任務(wù)不同可分別由RC確定的時間常數(shù)決定。2.定uvlo功能模塊2ED020I12-F初級具有互鎖功能，可避免由微控制器產(chǎn)生錯誤的輸入信號或EMI同時開關(guān)半橋的高邊和低邊造成短路。另一個特點是具有欠壓鎖定(UVLO)功能，可防止高邊或低邊用低電壓驅(qū)動IGBT或MOSFET，進(jìn)而防止功率半導(dǎo)體運行在高耗散工作模式。此外，驅(qū)動器包含低通數(shù)字濾波器，可以在不增加傳輸延遲時間的情況下安全地處理信號尖峰。5V)2ED020I12-F還有一個關(guān)斷輸入使能端，可控制高邊和低邊驅(qū)動器。關(guān)斷輸入信號受控于如圖5所示的故障定時電路，可使觸發(fā)輸入信號延遲t=R3C4?！?Triggerin”引腳的輸入信號可由圖4所示的電路提供。3.避免igbt或mosfi市場感染除了內(nèi)部保護(hù)措施，在一些應(yīng)用中外部保