避免IGBT不良反應的隔離驅動(dòng)7條經(jīng)驗

IGBT技術(shù)大多應用在大功率電源場(chǎng)合，要在這些場(chǎng)合應用，首先就需要擁有避免欠壓、米勒效應、過(guò)載一類(lèi)的不良反應。因此在隔離驅動(dòng)IGBT功率器件的設計上就需要相應的設計技巧。本文將為針對避免不良反應為前提來(lái)介紹IGBT功率器件設計的八種技巧。

如何避免米勒效應

IGBT操作時(shí)所面臨的問(wèn)題之一是米勒效應的寄生電容。這種效果是明顯的在0到15V類(lèi)型的門(mén)極驅動(dòng)器(單電源驅動(dòng)器)。門(mén)集-電極之間的耦合，在于IGBT關(guān)斷期間，高dV/dt瞬態(tài)可誘導寄生IGBT道通(門(mén)集電壓尖峰)，這是潛在的危險。

當上半橋的IGBT打開(kāi)操作，dVCE/dt電壓變化發(fā)生跨越下半橋的IGBT。電流會(huì )流過(guò)米勒的寄生電容，門(mén)極電阻和內部門(mén)極驅動(dòng)電阻。這將倒至門(mén)極電阻電壓的產(chǎn)生。如果這個(gè)電壓超過(guò)IGBT門(mén)極閾值的電壓，可能會(huì )導致寄生IGBT道通。

有兩種傳統解決方案。首先是添加門(mén)極和發(fā)射極之間的電容。第二個(gè)解決方法是使用負門(mén)極驅動(dòng)。第一個(gè)解決方案會(huì )造成效率損失。第二個(gè)解決方案所需的額外費用為負電源電壓。

解決方案是通過(guò)縮短門(mén)極-發(fā)射極的路徑，通過(guò)使用一個(gè)額外的晶體管在于門(mén)極-發(fā)射極之間。達到一定的閾值后，晶體管將短路門(mén)極-發(fā)射極地區。這種技術(shù)被稱(chēng)為有源米勒鉗位。

故障保護功能有哪些?都是集成在隔離驅動(dòng)器里嗎?

3種故障保護功能都集成到Avago的高集成柵極驅動(dòng)器ACPL-33xJ里-UVLO(以避免VCC2電平不足夠時(shí)開(kāi)啟IGBT)，DESAT(以保護IGBT過(guò)電流或短路)，和米勒鉗位(以防止寄生米勒電容造成的IGBT誤觸發(fā))。

對于工作于600V直流母線(xiàn)的30～75A、1200VIGBT而言，ACPL-33x、ACPL-H342這5顆帶miller鉗位保護的柵極驅動(dòng)光耦能否僅以單電源供電就能實(shí)現高可靠性驅動(dòng)，相比于傳統的正負供電，可靠性是更高，還是有所不足?

AvagoACPL-332J，ACPL-333J以及ACPL-H342的門(mén)極驅動(dòng)光耦可以輸出電流2.5A。這些產(chǎn)品適合驅動(dòng)1200V，100A類(lèi)型的IGBT。

1、當使用負電源，就不需要使用米勒箝位，但需花額外費用在負電源上。

2、如果只有單電源可使用，那么設計者可以使用內部?jì)戎玫挠性疵桌阵槲弧?/p>

這兩種解決方法一樣可靠。米勒箝引腳在不使用時(shí)，需要連接到VEE。

欠壓、缺失飽和如何更好的被避免?

AVAGO門(mén)極驅動(dòng)光耦帶有欠壓閉鎖(UVLO)保護功能。當IGBT故障時(shí)，門(mén)極驅動(dòng)光耦供電的電壓可能會(huì )低于閾值。有了這個(gè)閉鎖保護功能可以確保IGBT繼續在低電阻狀態(tài)。

智能門(mén)極驅動(dòng)光耦，HCPL-316J和ACPL-33xJ，附帶DESAT檢測功能。當DESAT引腳上的電壓超過(guò)約7V的內部參考電壓，而IGBT仍然在運行中，后約5μs，Fault引腳改成邏輯低狀態(tài)，以通知MCU/DSP。

在同一時(shí)間，那1X小粒晶體管會(huì )導通，把IGBT的柵極電平通過(guò)RG電阻來(lái)放電。由于這種晶體管比實(shí)際關(guān)斷晶體管更小約50倍，IGBT柵極電壓將被逐步放電導致所謂的軟關(guān)機。

光耦的工作環(huán)境溫度范圍

工作環(huán)境溫度范圍可達-40°C至105°C。在工業(yè)應用情況下是足夠的。如果客戶(hù)需要更高的工作溫度，R2 Coupler光耦可以運作在擴展溫度達到125°C。

光耦絕緣耐壓

門(mén)極驅動(dòng)光耦有不同的封裝。每個(gè)封裝都有其自身的特點(diǎn)-如不同的爬電距離和間隙，以配合不同的應用。不同的爬電距離和間隙對應于不同的工作絕緣電壓，Viorm。最大Viorm從566V至2262V之間。

光耦柵極驅動(dòng)器最高的輸出電流

根據選擇的器件型號，Avago的光耦門(mén)極驅動(dòng)器最大輸出電流可以達到0.4A、0.6A、1.0A、1.5A、2.5A、3.0A、4.0A、5.0A。

本文通過(guò)7個(gè)方面對隔離驅動(dòng)IGBT功率器件，在電路設計中如何避免短路、米勒效應等IGBT不良反應情況的出現的方法進(jìn)行了介紹，本文內容較多，對于初級入門(mén)的讀者來(lái)說(shuō)可能要進(jìn)行反復的閱讀，才能理解其中的知識，大家不妨收藏本文，方便隨時(shí)閱讀。