IXYS IGBT驅動(dòng)模塊可幫助高功率系統設計，縮短設計時(shí)間，降低設計成本

　　IXYS公司新推出的IXIDM1403驅動(dòng)模塊旨在為市場(chǎng)提供IGBT驅動(dòng)器件，使設計周期縮短，設計成本做到盡可能最低，并具有極高的緊湊性和最高的性能和可靠性。IXIDM1403支持雙通道大功率IGBT模塊，隔離電壓高達4000 V，開(kāi)關(guān)速度高達50 kHz，具有短路保護和電源電壓監控功能。

　　IXIDM1403是基于IX6610 / IX6611 / IXDN630芯片組的高壓隔離柵極驅動(dòng)模塊，它允許創(chuàng )建隔離的IGBT驅動(dòng)器，在初級側和次級側之間以及次級側驅動(dòng)器之間設置高壓隔離柵。它創(chuàng )建了一個(gè)非常靈活的架構，可用于需要在初級和 次級側和/或次級側驅動(dòng)器之間進(jìn)行隔離的三相電機驅動(dòng)器，半橋開(kāi)關(guān)，推挽式轉換器，其它不間斷電源(UPS)應用，及可再生能源和運輸。

　　內部電源為每通道隔離電源提供高達2 W的功率，以驅動(dòng)上、下IGBT，有效地將MCU與高功率電路隔離。它采用單極性15 V電源供電，提供+20 V / -5 V驅動(dòng)IGBT柵極和+3.3 V驅動(dòng)MCU，并在MCU和柵極驅動(dòng)器之間以及柵極驅動(dòng)器之間保持高達4 kV的隔離電壓。

　　內置的欠壓和過(guò)電壓保護防止IGBT在最佳窗口以外的柵極電壓下工作，并且無(wú)需考慮MCU相關(guān)條件及問(wèn)題來(lái)源，這些問(wèn)題可能來(lái)自隔離柵后面的低/高側IGBT，也可能來(lái)自隔離柵之前的初級側。

　　通過(guò)使用電流檢測電阻或IGBT去飽和事件，可以實(shí)現300 mV閾值的過(guò)流保護。 此功能可在集電極電流超過(guò)用戶(hù)設置的值后立即關(guān)閉IGBT并通知MCU，從而做出適當的決定。

　　來(lái)自外部MCU的TTL級兼容輸入信號可用于操作次級側驅動(dòng)器。IXIDM1403采用了雙通道雙向變壓器接口，它可將初級側輸入命令從MCU傳輸到次級側，并將信息從次級側傳輸到MCU。異步數據傳輸由窄脈沖實(shí)現，以防止變壓器的磁芯飽和。

　　窄脈沖檢測器可以防止非常窄的錯誤PWM輸入信號傳輸到驅動(dòng)器。寬度窄于100 ns的輸入信號脈沖被抑制，而寬度大于350 ns的脈沖被傳輸到驅動(dòng)器。為了避免限制輸入脈沖最大寬度，可以只從初級側發(fā)送表示輸入信號上升/下降沿的短脈沖，而次級側用于恢復原始脈沖寬度。

　　次級側柵極驅動(dòng)器將輸入的PWM邏輯信號轉換為+20 V / -5 V(相對于COMMON)雙極柵極驅動(dòng)信號，具有典型的30 A峰值驅動(dòng)電流能力。 通過(guò)選擇不同值的串聯(lián)柵極電阻，獨立的正負柵極驅動(dòng)器輸出可以在沒(méi)有外部二極管的情況下優(yōu)化IGBT導通/截止時(shí)間。

　　具有通道A優(yōu)先級的內置死區時(shí)間延遲電路可防止IGBT同時(shí)導通。如果通道B有效且通道A被強制進(jìn)入導通狀態(tài)，則通道B立即被禁用，通道A IGBT以預設的延遲時(shí)間開(kāi)啟。通道A變?yōu)榉腔顒?dòng)狀態(tài)后，通道B(如果處于活動(dòng)狀態(tài))將以相同的延遲時(shí)間打開(kāi)。如果通道A處于活動(dòng)狀態(tài)且通道B被強制進(jìn)入導通狀態(tài)，則只要通道A保持活動(dòng)狀態(tài)，該命令就會(huì )被忽略。如果在命令激活通道B到期之前通道A變?yōu)榉腔顒?dòng)狀態(tài)，則通道B在通道A變?yōu)榉腔顒?dòng)狀態(tài)后以預設延遲時(shí)間變?yōu)榛顒?dòng)狀態(tài)。 通過(guò)將通道B設置為永久啟用且僅操作通道A，單個(gè)輸入信號源可用于創(chuàng )建半橋配置的互補IGBT開(kāi)關(guān)對。

　　柵極A和柵極B輸出的脈沖之間的死區時(shí)間由硬件編程為~420 ns。 如果運行特定IGBT所需的死區時(shí)間大于IXIDM1403中實(shí)現的死區時(shí)間，則應由MCU編程或在工廠(chǎng)調整到所需值。

　　如果內部模塊溫度超過(guò)150°C，過(guò)溫保護功能會(huì )禁用IGBT，當溫度降至125°C以下時(shí)，將恢復正常工作。如果IGBT組件配備溫度傳感器，IXIDM1403可以將其信號轉換給MCU。雙通道雙向變壓器接口允許向MCU傳輸有關(guān)次級側電源故障和IGBT過(guò)流情況的信息。

　　初級側的所有故障條件都會(huì )在兩個(gè)驅動(dòng)器處停止執行PWM周期，而次級側的所有故障條件僅在受影響的驅動(dòng)器處停止PWM周期。 如果在PWM周期開(kāi)始之前出現故障條件，只要存在故障條件，PWM周期將被忽略。

　　until a restart occurs, which returns the power block to start-up mode.

　　IXIDM1403電源塊設計用于提供高達2 W的功率，并具有啟動(dòng)模式和運行模式。在啟動(dòng)模式下，轉換器通過(guò)內部振蕩器工作，僅激活部分電源開(kāi)關(guān)，以降低動(dòng)態(tài)電流消耗/功耗。 啟動(dòng)后，轉換器激活所有電源開(kāi)關(guān)并進(jìn)入運行模式。運行模式保持關(guān)閉~1.28 ms。 在啟動(dòng)模式期間禁用發(fā)送操作，以最小化次級側的電流消耗。運行模式開(kāi)始后，它將繼續運行，直到重新啟動(dòng)，這會(huì )將電源塊返回到啟動(dòng)模式。

　　在運行模式下，電源塊可以通過(guò)內部或外部時(shí)鐘運行。當用于電機驅動(dòng)器等多相應用時(shí)，使用MCU的外部時(shí)鐘可最大限度地減少I(mǎi)XIDM1403器件之間的噪聲干擾。轉換器的監視計時(shí)器可防止由于沒(méi)有外部時(shí)鐘而造成的潛在損壞。只要外部時(shí)鐘周期超過(guò)監視計時(shí)器的40μs超時(shí)時(shí)，轉換器就會(huì )切換到內部時(shí)鐘。

　　每個(gè)IXIDM1403 IGBT驅動(dòng)器還包含一個(gè)相對于COMMON引腳的閾值為300 mV的過(guò)電流(OC)比較器。過(guò)電流保護可以通過(guò)使用低值電流感應電阻，具有次級電流感應輸出的IGBT或利用去飽和事件來(lái)實(shí)現。如果發(fā)生過(guò)電流故障，則在周期的剩余時(shí)間內將驅動(dòng)器的輸出強制為低電平。正常操作在下一個(gè)PWM柵極驅動(dòng)周期開(kāi)始時(shí)恢復。

　　由于感測電壓低，可能需要在電流感測輸入處設置噪聲濾波器。過(guò)電流比較器有一個(gè)內置100 pF電容，與輸入并聯(lián); 因此，只能添加一個(gè)串聯(lián)電阻來(lái)創(chuàng )建這樣的濾波器。為防止誤跳閘，過(guò)電流比較器的輸入在IGBT關(guān)機期間接地，并在IGBT啟動(dòng)后立即接地3.5μs。當發(fā)生過(guò)流事件時(shí)，輸出故障脈沖發(fā)生器會(huì )產(chǎn)生一個(gè)200 ns的窄脈沖，故障控制邏輯器利用此脈沖將故障狀態(tài)傳達給MCU。

　　IXIDM1403采用55 x 50 x 28 mm封裝，有一個(gè)12引腳，1 mm間距FFC連接器，可與MCU通信，兩個(gè)5引腳，2.54 mm間距接頭，可向IGBT提供信號， 和一個(gè)2引腳，2.54毫米間距接頭，用于將信號從外部溫度傳感器轉換到MCU。

　　圖1顯示了一個(gè)應用示例，其中IXIDM140用于操作IXYS的相腳IGBT模塊MIXA225PF1200TSF。

　　圖1： IXIDM1403 - MIXA225PF1200TSF模塊組件

　　IXIDM1403采用單極性15 V電源供電，可運行兩個(gè)1200 V IGBT器件，最大集電極電流為360 A.這種設計允許MCU提醒客戶(hù)有關(guān)初級和次級側的欠壓或過(guò)壓情況，以及 IGBT進(jìn)入去飽和模式時(shí)的過(guò)載情況。MCU可以通過(guò)該模塊供電，不需要單獨的電源。 如果用戶(hù)更喜歡從外部電源驅動(dòng)MCU，也可以實(shí)現這一點(diǎn)。 此外，內部IXIDM1403邏輯可以使用相同的外部電源供電，從而最大限度地降低15 V電源的功耗。

　　該設計的典型應用如圖2和圖3所示。

　　圖2：三相電機驅動(dòng)器的典型應用電路

　　圖3：全橋逆變器的典型應用電路

　　圖4和圖5顯示了MIXA225PF1200TSF模塊作為負載時(shí)的典型IXIDM1403性能。

　　圖4：在IXIDM1403通道A和通道B永久啟用的情況下，MIXA225PF1200TSF和單個(gè)信號源以互補模式工作

　　在上升邊緣輸入到輸出傳輸延遲

　　通道1 - 紅色 - IGBT模塊引腳#3,4電壓

　　通道2 - 綠色 - IXIDM1403通道A輸入信號

　　通道3 - 品紅色 - IXIDM1403通道B輸入信號

　　注意：圖4的下面部分相對上面部分放大了10倍。