IGBT和MOSFET器件的隔離驅(qū)動(dòng)技術(shù)
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時(shí)間：2012-03-15
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技術(shù)方案與實(shí)用技巧
隔離驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品絕大部分是使用光電耦合器來(lái)隔離輸入的驅(qū)動(dòng)信號(hào)和被驅(qū)動(dòng)的絕緣柵器件，采用厚膜或PCB工藝制成，部分阻容元件由引腳接入。這種產(chǎn)品主要用于IGBT的驅(qū)動(dòng)，因IGBT具有電流拖尾效應(yīng)，所以光耦驅(qū)動(dòng)器無(wú)一例外都是負(fù)壓關(guān)斷。
目前市售的光電耦合型驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品，主要有FUJI公司的EXB8XX系列、MISUBISHI公司的M579XX系列、英達(dá)公司的HR065和西安愛(ài)帕克電力電子有限公司的HL402B等，以及北京落木源電源技術(shù)有限公司的TX-KA系列。KA系列驅(qū)動(dòng)器保護(hù)功能完善、工作頻率較高、用戶可調(diào)參數(shù)多、價(jià)格便宜，并能與多種其它類型的驅(qū)動(dòng)器兼容。
此類產(chǎn)品，由于光電耦合器的速度限制，一般工作頻率都在50KHz以下（TX-KA的某些產(chǎn)品可達(dá)80K）。它們的優(yōu)點(diǎn)是，大部分具有過(guò)流保護(hù)功能，其過(guò)電流信號(hào)是從IGBT的管壓降中取得的；共同的缺點(diǎn)是需要一個(gè)或兩個(gè)獨(dú)立的輔助電源，因而使用較為麻煩。
由于成本問(wèn)題，該類產(chǎn)品價(jià)格稍高，因此只適用于在大功率電源中驅(qū)動(dòng)IGBT模塊，在中小功率領(lǐng)域難以推廣使用。
3.3 變壓器隔離、一路電源輸入，自帶DC-DC輔助電源的驅(qū)動(dòng)器
目前有CONCEPT公司的2SD315A和SEMIKRON公司的SKH122，使用兩個(gè)脈沖變壓器傳遞半橋驅(qū)動(dòng)信號(hào)，需要一路電源輸入，自帶一個(gè)DC-DC電源提供驅(qū)動(dòng)所需的兩個(gè)輔助電源，輸入的驅(qū)動(dòng)信號(hào)質(zhì)量不錯(cuò)，驅(qū)動(dòng)能力也很強(qiáng)，但由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因而體積較大，價(jià)格不菲，只適用于大功率電源中。
北京落木源公司也開(kāi)發(fā)了一款變壓器隔離的驅(qū)動(dòng)器，型號(hào)為KB101，可以工作在較高的頻率上，但是需要用戶提供輔助電源。
3.4 調(diào)制型自給電源的變壓器隔離驅(qū)動(dòng)器[3]
這類產(chǎn)品，典型的如UNITRODE公司的UC3724/25集成電路對(duì)，其中3724與驅(qū)動(dòng)源相連，3725與被驅(qū)動(dòng)的絕緣柵器件相連，3724與3725之間由用戶接入一個(gè)脈沖變壓器。它采用的是高頻調(diào)制技術(shù)，在UC3724中將PWM信號(hào)調(diào)制到約1MHz的載波上，送到隔離脈沖變壓器的初級(jí)，次級(jí)輸出信號(hào)在UC3725中通過(guò)直接整流得到自給電源，通過(guò)解調(diào)取得原PWM信號(hào)，這種驅(qū)動(dòng)器集成化較比較好，但由于載波頻率不夠高，因而總的延遲時(shí)間稍長(zhǎng)。
3.5 分時(shí)技術(shù)培訓(xùn)自給電源的變壓器隔離驅(qū)動(dòng)器[4]
這是一種新技術(shù)產(chǎn)品，如國(guó)內(nèi)的北京落木源電子技術(shù)有限公司生產(chǎn)的TX-KC、KD系列驅(qū)動(dòng)器，目前有適合單管、半橋、雙正激、同步整流和IGBT等近二十種型號(hào)。
在我們研制的20KW逆變焊機(jī)中項(xiàng)目中，功率器件的驅(qū)動(dòng)片就采用了TX-KD301半橋驅(qū)動(dòng)器，用該驅(qū)動(dòng)片驅(qū)動(dòng)200A/1200V IGBT，在實(shí)際應(yīng)用中收到了良好效果。電路加載過(guò)程中波型正確，振蕩小，在重載下無(wú)畸變，使共態(tài)導(dǎo)通的可能大大降低，長(zhǎng)時(shí)間工作發(fā)熱量較小。該產(chǎn)品使用兩年來(lái)，未發(fā)生任何故障。大大提高了產(chǎn)品的可靠性。
與設(shè)計(jì)者自己搭接的驅(qū)動(dòng)電路相比，此類驅(qū)動(dòng)器自身無(wú)需單獨(dú)的供電電源，關(guān)斷采用負(fù)壓，抗干擾能力強(qiáng)，驅(qū)動(dòng)延遲小，可在占空比5%-95%的范圍內(nèi)工作，驅(qū)動(dòng)器的輸入信號(hào)與輸出的柵極驅(qū)動(dòng)脈沖是電氣隔離的，因此適用于多種電路拓?fù)洌N類較多，價(jià)格比較低廉，既有適合中大功率電源的，也有適用于小功率模塊電源的驅(qū)動(dòng)器，因此比較適用于需要隔離的MOS管驅(qū)動(dòng)。
4 結(jié)束語(yǔ)
開(kāi)關(guān)電源中功率管的驅(qū)動(dòng)對(duì)整個(gè)電源的正常工作有著很大的作用，因此電源設(shè)計(jì)師往往要花費(fèi)不少精力去設(shè)計(jì)或選擇成品驅(qū)動(dòng)器。以前市場(chǎng)上隔離驅(qū)動(dòng)器都是用于驅(qū)動(dòng)大功率IGBT的，中小功率的MOSFET隔離驅(qū)動(dòng)器未見(jiàn)有產(chǎn)品出售，原因在于中小功率的電源不允許使用昂貴的驅(qū)動(dòng)組件?，F(xiàn)在，北京落木源電子有限公司不僅提供了多種具有保護(hù)功能的IGBT驅(qū)動(dòng)器，還提供了一系列雖然不具保護(hù)、但價(jià)格低廉的隔離驅(qū)動(dòng)器，增加了用戶的選擇余地。
需要特別提及的是，在成品驅(qū)動(dòng)組件的使用中，許多應(yīng)用細(xì)節(jié)，如輸入緩沖器的設(shè)備、柵極電阻的選擇、輸出引線的絞合等，以及產(chǎn)品說(shuō)明書中的各項(xiàng)具體要求，都必須引起充分的注意，否則很可能產(chǎn)生各類驅(qū)動(dòng)問(wèn)題，從而使電源整機(jī)無(wú)法正常工作，甚至產(chǎn)生共態(tài)導(dǎo)通燒壞器件。
參考文獻(xiàn)
[1] Steve Clemente，Gate driver Characteristics and Requirements for HEXFET Power Mosfets，IR Application Note AN-937。
[2] 陳亞寧，絕緣柵器件的隔離驅(qū)動(dòng)器，中國(guó)發(fā)明專利，ZL95101392.0,1995.02.15.
[3] John A.O’Connor.Unique chip Pair Simplifies Isolated High Side Switch Drive.Unitrode Application Note U-127.
[4] 北京落木源電子技術(shù)有限公司,WWW.pwrdriver.com./tech/newprinciple.htm
評(píng)論