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IGBT智能化驅動板SCALE
摘要：SCALE驅動是瑞士Concept公司生產的IGBT智能化驅動板，可用于驅動和保護IGBT。文中介紹了該IGBT智能化驅動板的主要功能、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，它所需驅動功率小，控制電路簡單，導通壓降低，且具有較大的安全工作區和短路承受能力。因此，目前ＩＧＢＴ已在中功率以上的電力電子系統中（如變頻器、ＵＰＳ電源、高頻焊機等）逐漸取代了ＰＯＷＥＲ ＭＯＳＦＥＴ及ＰＯＷＥＲ ＢＪＴ而成為功率開關元件市場中的重要一員。然而?如何有效地驅動并保護ＩＧＢＴ則成為目前電力電子領域中的重要研究課題之一。一個具有保護功能的驅動電路不但能在正常工作狀態下給ＩＧＢＴ提供所需的驅動功率，在異常工作狀態下能起保護ＩＧＢＴ的作用，而且應當能使電力電子系統中的ＩＧＢＴ有很好的替換特性。因此?高性能的驅動電路是提高電子產品品質和可靠性，從而增強其競爭力的關鍵之一。本文介紹一種高性能、智能化的ＩＧＢＴ驅動板ＳＣＡＬＥ。
圖1
２ 功能介紹
ＳＣＡＬＥ驅動板系列是瑞士Ｃｏｎｃｅｐｔ公司生產的，Ｃｏｎｃｅｐｔ公司是專業生產ＩＧＢＴ驅動電路的公司，主要為西門子／ＥＵＰＥＣ高壓大電流ＩＧＢＴ模塊配套。該ＳＣＡＬＥ驅動板采用ＡＳＩＣ設計，僅用１５Ｖ電源驅動，開關頻率可大于１００ｋＨｚ，且具有高可靠和長壽命特性，可驅動１７００Ｖ、１２００Ａ的ＩＧＢＴ。１９９８年度贏得ＡＢＢ優秀電力電子項目稱號，其主要型號和驅動能力如表１所列。
表1 SCALE的主要型號和驅動能力
２．１ ＳＣＡＬＥ的特點
●實用范圍寬?可應用在數千瓦至數兆瓦的功率范圍及實用的耐壓要求范圍內，幾乎可工作在所有的頻率及調制模式，適用于任何廠家的模塊。
●體積小巧、結構緊湊、應用靈活，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時間。
●成本低，具有很高的性能／價格比。除可提供柵極驅動外，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、最經濟實用的驅動板。
●使用簡便。該驅動板的電接口非常簡單，可處理５～１５Ｖ電平的標準邏輯信號。具有施密特觸發器輸入特性，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。因為驅動板具有所有智能化驅動功能，且驅動信號、狀態傳送及電源與功率部分完全隔離，所以使用非常簡單。在大多數情況下，用智能化ＳＣＡＬＥ驅動板來驅動標準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，該驅動板主要有兩個功能塊。其中功能塊＃１為ＬＤＩ（邏輯與驅動之間的接口），每一個ＬＤＩ可驅動兩路。加在輸入端的ＰＷＭ信號再通過脈沖變壓器隔離后，即可輸出驅動信號，以驅動ＩＧＢＴ工作。
功能塊＃２為ＩＧＤ（智能柵極驅動），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。再經功放，便可給ＩＧＢＴ柵極提供數安培的驅動電流。
（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邏輯驅動接口，ＬＤＩ００１的結構如圖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器特性；
●與５Ｖ、１５Ｖ的邏輯電平相匹配。
●產生半橋所需的死區時間；
●對ＰＷＭ信號進行編碼，以使其可通過脈沖變壓器傳送；
●識別編碼傳送的狀態通知信號并放大，以為用戶提供一個準靜態的狀態信號。
圖2
ＳＣＡＬＥ驅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，應使用１５Ｖ電平。同時應通過外接的ＲＣ網絡來獲得所要求的死區時間。
（２） 驅動塊ＩＧＤ００１
ＩＧＤ００１具有所有必需的智能驅動功能，如變壓器接口、過載和短路保護、鎖定時間邏輯、狀態通知、對電源電壓和輸出級的監測等。
ＩＧＤ驅動塊的內部結構框圖如圖３所示，該驅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行解碼；
●用功放ＰＷＭ信號驅動ＩＧＢＴ；
●監測ＩＧＢＴ的過載和短路；
●監測欠壓；
●產生響應時間和鎖定時間；
●給控制器（ＬＤＩ００１）發出狀態通知信號。
智能驅動塊ＩＧＤ００１所有的保護、監測功能（如過流、短路保護和欠壓保護）都置于次級。這樣，在出現故障時，電路將立即被關閉并鎖定。
圖3
（３） ＳＣＡＬＥ驅動塊的保護功能
ＳＣＡＬＥ的保護主要包括短路和過流以及電源監測。對于短路和過流保護來說，ＳＣＡＬＥ驅動中的每路都有一個Ｖｃｅ監測電路。Ｒｔｈ為關斷閾值的參考電阻。在ＩＧＢＴ開通后的一段響應時間內，Ｖｃｅ監測電路不起作用。而當Ｖｃｅ出現故障后，鎖定時間功能開始啟動，并在鎖定時間內使驅動器鎖定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實現。一旦Ｖｃｅ超過由Ｒｔｈ設定的閾值，鎖定將立即啟動。
ＳＣＡＬＥ中的每路都具有一個欠壓監測電路。 當電源電壓降至１０Ｖ或１１Ｖ時，ＩＧＢＴ將執行負壓關斷并進行故障報警。 【IGBT智能化驅動板SCALE】相關文章： 新型IGBT/MOSFET驅動模塊SKHI22A/B03-19 IGBT的保護03-20 采用IGBT的正弦波中頻逆變電源03-19 電力驅動系統逆變器實時仿真03-18 在Linux下驅動STN彩色LCD03-18 以興趣激發學生，以任務驅動教學03-16 IPM驅動和保護電路的研究03-20