關鍵詞：IGBT；驅動模塊 ；SKHI22A/B

１　概述

ＳＫＨＩ系列驅動模塊是德國西門康（ＳＥＭＩＫＲＯＮ）公司推出的一種新型ＩＧＢＴ／ＭＯＳＦＥＴ驅動模塊。ＳＫＨＩ系列驅動模塊主要有以下特點：

●僅需一個不需隔離的＋１５Ｖ電源供電?

●抗ｄＶ／ｄｔ能力可以達到７５ｋＶ／μｓ?

●控制電路和ＩＧＢＴ主電路之間的隔離電壓可以達到４ｋＶ

●輸出峰值電流可以達到３０Ａ?

●同一橋臂上下開關管驅動信號具有互鎖功能，可以防止兩個開關管的貫穿導通?

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

●可以輸出差錯信號以通知控制系統(tǒng)?

●具有過流、欠壓保護功能。

下面主要以ＳＫＨＩ２２Ａ為例，對ＳＫＨＩ系列驅動模塊進行介紹。

２ 內(nèi)部結構及原理

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

表1 SKHI22A的引腳功能

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的脈沖信號輸入后，用短脈沖抑制電路對脈沖寬度小于５００ｎｓ的開關脈沖進行抑制，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開關管的誤觸發(fā)，從而提高驅動電路的抗干擾能力。另外，模塊還可以對輸入的觸發(fā)脈沖進行整形（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有時電平會有波動），而且在經(jīng)過ＳＫＨＩ整形輸出以后，波形已十分標準，因而能可靠地對ＩＧＢＴ進行控制。

２．２ ＳＫＨＩ２２Ａ／Ｂ的脈沖互鎖電路

脈沖互鎖電路的互鎖時間由外接端子ＴＤＴ１、ＴＤＴ２和ＳＥＣＥＬＴ所接的高低電平來決定。同時可由這三個端子進行數(shù)字調(diào)節(jié)（ＳＫＨＩ２２Ａ只有ＴＤＴ２）。這種設計可以使不同開關速度的開關器件的互鎖時間均大于ＩＧＢＴ的關斷延遲時間，從而避免貫穿導通。

２．３ ＳＫＨＩ２２Ａ／Ｂ的欠壓保護電路

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

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，同時可靠性也得到了提高。另外，ＳＫＨＩ系列器件的初級（控制部分）和次級（主電路部分）之間還可通過變壓器實現(xiàn)隔離。

２．４ ＳＫＨＩ２２Ａ／Ｂ驅動器的輸出級

ＳＫＨＩ驅動器件的輸出級采用ＭＯＳＦＥＴ晶體管互補電路的形式以降低驅動源的內(nèi)阻，同時可加速ＩＧ-ＢＴ的關斷過程。圖２所示是其輸出級電路。圖中，ＭＯＳＦＥＴ的源極分別和外部端子進行連接，這樣即可通過分別串接的ＲＯＮ和ＲＯＦＦ調(diào)節(jié)ＩＧＢＴ的開通和關斷速度；內(nèi)部集成電壓源可提高模塊的可靠性；通過調(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

ＳＫＨＩ模塊利用“延時搜索過電流保護”方法?通過檢測ＩＧＢＴ通態(tài)壓降的變化來實現(xiàn)ＩＧＢＴ的過電流保護。當電路出現(xiàn)短路時，出錯信號將由ＶＣＥ輸入并通過脈沖變壓器傳遞到差錯控制器，以封鎖所有到ＩＧＢＴ的脈沖并觸發(fā)出錯信號端（Ｐ１０）。該模塊通過調(diào)節(jié)檢測ＶＣＥ電壓信號的延時可以避免錯誤短路信號；其內(nèi)部帶有故障缺省記憶功能，可以防止重復的高電流脈沖對開關管的損壞，經(jīng)過幾個重復的高脈沖之后可以永久封閉脈沖輸出。此外，它還同時帶有差錯信號輸出，可以通知主控制板做出相應的動作。

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之間的隔離電壓達到４ｋＶ。這是使用光耦作隔離驅動器件所不能達到的。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計布局更加緊湊；在輔助電源原邊有欠電壓監(jiān)控電路，這樣可以保證ＩＧＢＴ有一個安全可靠并能提供足夠功率的門極驅動電路；每個ＩＧＢＴ采用相互獨立的電源。因此，其電源之間的耦合電容很小，從而提高了開關信號的抗干擾能力。

３　應用電路

ＳＫＨＩ２２Ａ／Ｂ的應用電路如圖３所示。圖中，ＩＮ-ＰＵＴ?ＴＯＰ?和ＩＮＰＯＵＴ?ＢＯＴＴＯＭ?分別為同一橋臂上、下開關管的觸發(fā)脈沖；管腳ＴＤＴ２接高電平＋１５Ｖ時，死區(qū)時間為４．２５μｓ，接低電平ＧＮＤ時，死區(qū)時間為３．２５μｓ。ＥＲＲＯＲ管腳為差錯信號輸出，當模塊檢測到電路有過流、欠壓等現(xiàn)象并進行保護時，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)管子過流保護時的壓降。對于１２００Ｖ的ＩＧＢＴ，一般選擇ＲＣＥ為１８ｋΩ、ＣＣＥ為３００ｐＦ，此時管壓降門限為５Ｖ。管腳Ｓ１４、Ｓ７外接ＩＧＢＴ的柵極導通電阻ＲＯＮ，該電阻一般應在３～２２Ω之間，實際應用時，該電阻的發(fā)熱比較嚴重，因此建議使用２Ｗ的電阻。管腳Ｓ１３、Ｓ８外接ＩＧＢＴ的柵極導通電阻ＲＯＦＦ，其使用方法和ＲＯＮ一樣。管腳Ｓ２０、Ｓ１分別連接檢測上、下開關管的漏極。對于１７００Ｖ的ＩＧＢＴ，通常應該串接１ｋΩ／０．４Ｗ的電阻。