IGBT和MOSFET器件的隔離驅動(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)隔離輸入的驅動(dòng)信號和被驅動(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的驅動(dòng)，因IGBT具有電流拖尾效應，所以光耦驅動(dòng)器無(wú)一例外都是負壓關(guān)斷。
目前市售的光電耦合型驅動(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系列驅動(dòng)器保護功能完善、工作頻率較高、用戶(hù)可調參數多、價(jià)格便宜，并能與多種其它類(lèi)型的驅動(dòng)器兼容。
此類(lèi)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80K）。它們的優(yōu)點(diǎn)是，大部分具有過(guò)流保護功能，其過(guò)電流信號是從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)獨立的輔助電源，因而使用較為麻煩。
由于成本問(wèn)題，該類(lèi)產(chǎn)品價(jià)格稍高，因此只適用于在大功率電源中驅動(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動(dòng)信號，需要一路電源輸入，自帶一個(gè)DC-DC電源提供驅動(dòng)所需的兩個(gè)輔助電源，輸入的驅動(dòng)信號質(zhì)量不錯，驅動(dòng)能力也很強，但由于結構復雜，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動(dòng)器，型號為KB101，可以工作在較高的頻率上，但是需要用戶(hù)提供輔助電源。
3.4 調制型自給電源的變壓器隔離驅動(dòng)器[3]
這類(lèi)產(chǎn)品，典型的如UNITRODE公司的UC3724/25集成電路對，其中3724與驅動(dòng)源相連，3725與被驅動(dòng)的絕緣柵器件相連，3724與3725之間由用戶(hù)接入一個(gè)脈沖變壓器。它采用的是高頻調制技術(shù)，在UC3724中將PWM信號調制到約1MHz的載波上，送到隔離脈沖變壓器的初級，次級輸出信號在UC3725中通過(guò)直接整流得到自給電源，通過(guò)解調取得原PWM信號，這種驅動(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(cháng)。
3.5 分時(shí)技術(shù)培訓自給電源的變壓器隔離驅動(dòng)器[4]
這是一種新技術(shù)產(chǎn)品，如國內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。
在我們研制的20KW逆變焊機中項目中，功率器件的驅動(dòng)片就采用了TX-KD301半橋驅動(dòng)器，用該驅動(dòng)片驅動(dòng)200A/1200V IGBT，在實(shí)際應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)導通的可能大大降低，長(cháng)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。
與設計者自己搭接的驅動(dòng)電路相比，此類(lèi)驅動(dòng)器自身無(wú)需單獨的供電電源，關(guān)斷采用負壓，抗干擾能力強，驅動(dòng)延遲小，可在占空比5%-95%的范圍內工作，驅動(dòng)器的輸入信號與輸出的柵極驅動(dòng)脈沖是電氣隔離的，因此適用于多種電路拓撲，種類(lèi)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動(dòng)器，因此比較適用于需要隔離的MOS管驅動(dòng)。
4 結束語(yǔ)
開(kāi)關(guān)電源中功率管的驅動(dòng)對整個(gè)電源的正常工作有著(zhù)很大的作用，因此電源設計師往往要花費不少精力去設計或選擇成品驅動(dòng)器。以前市場(chǎng)上隔離驅動(dòng)器都是用于驅動(dòng)大功率IGBT的，中小功率的MOSFET隔離驅動(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動(dòng)組件?，F在，北京落木源電子有限公司不僅提供了多種具有保護功能的IGBT驅動(dòng)器，還提供了一系列雖然不具保護、但價(jià)格低廉的隔離驅動(dòng)器，增加了用戶(hù)的選擇余地。
需要特別提及的是，在成品驅動(dòng)組件的使用中，許多應用細節，如輸入緩沖器的設備、柵極電阻的選擇、輸出引線(xiàn)的絞合等，以及產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)中的各項具體要求，都必須引起充分的注意，否則很可能產(chǎn)生各類(lèi)驅動(dòng)問(wèn)題，從而使電源整機無(wú)法正常工作，甚至產(chǎn)生共態(tài)導通燒壞器件。
參考文獻
[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動(dòng)器，中國發(fā)明專(zhuān)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
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