新型IGBT/MOSFET驅(qū)動模塊SKHI22A/B

摘要：SKHI22A/B是德國西門康（SEMIKRON）公司推出的一種新型的IGBT/MOSFET的驅(qū)動模塊。文章介紹了SKHI22A/B的主要結(jié)構(gòu)特點和功能，給出了它的具體應(yīng)用電路。

    關(guān)鍵詞：IGBT；驅(qū)動模塊 ；SKHI22A/B

１　概述

ＳＫＨＩ系列驅(qū)動模塊是德國西門康（ＳＥＭＩＫＲＯＮ）公司推出的一種新型ＩＧＢＴ／ＭＯＳＦＥＴ驅(qū)動模塊。ＳＫＨＩ系列驅(qū)動模塊主要有以下特點：

●僅需一個不需隔離的＋１５Ｖ電源供電?

●抗ｄＶ／ｄｔ能力可以達到７５ｋＶ／μｓ?

●控制電路和ＩＧＢＴ主電路之間的隔離電壓可以達到４ｋＶ
(范文先生網(wǎng)325224.com收集整理)
    ●輸出峰值電流可以達到３０Ａ?

●同一橋臂上下開關(guān)管驅(qū)動信號具有互鎖功能，可以防止兩個開關(guān)管的貫穿導(dǎo)通?

●死區(qū)時間、ＶＣＥ的監(jiān)控、ＲＧＯＮ／ＯＦＦ可以分別調(diào)節(jié)，因而可以對不同用戶的特殊需求進行優(yōu)化?

●可以輸出差錯信號以通知控制系統(tǒng)?

●具有過流、欠壓保護功能。

下面主要以ＳＫＨＩ２２Ａ為例，對ＳＫＨＩ系列驅(qū)動模塊進行介紹。

２ 內(nèi)部結(jié)構(gòu)及原理

ＳＫＨＩ２２Ａ／Ｂ引腳功能排列如表１所列。圖１所示是ＳＫＨＩ系列驅(qū)動器的內(nèi)部電路原理圖。

表1 SKHI22A的引腳功能

引腳號 引腳名稱 引腳說明 P14 GND/0V 相應(yīng)輸入信號的地 P13 Vs 電源+15V±4% P12 VIN1 上開關(guān)管的輸入開關(guān)信號1，+5V邏輯（對于SKHI22A/21A為+15V邏輯） P11 FREE 空置 P10 ERROR 差錯輸出，低有效，集電極開路輸出，最大為30V/15mA P9 TDT2 通過接地或接Vs數(shù)字調(diào)節(jié)橋臂上下開關(guān)管的死區(qū)時間 P8 VIN2 下管的輸入開關(guān)信號1，+5V邏輯（對于SKHI22A/21A為+15V邏輯） P7 GND/0V 相應(yīng)輸入信號的地 S20 VCE1 接IGBT1的集電極（上開關(guān)管） S15 CCE1 通過外接RCE和CCE來調(diào)節(jié)參考電壓 S14 GON1 接RON到IBGT1的基極 S13 GOFF1 接ROFF到IBGT1的基極 S12 E1 接IGBT1的發(fā)射極（上開關(guān)管） S1 VCE2 接IGBT2的集電極（下開關(guān)管） S6 CCE2 通過外掃RCE和CCE來調(diào)節(jié)參考電壓 S7 GON2 接RON到IGBT2的基極 S8 GOFF2 接ROFF到IGBT2的基極 S9 E2 接IGBT2的發(fā)送極（下開關(guān)管）

２．１ ＳＫＨＩ２２Ａ／Ｂ的脈沖整形電路

ＳＫＨＩ中的脈沖整形電路的作用是在控制ＩＢＧＴ的脈沖信號輸入后，用短脈沖抑制電路對脈沖寬度小于５００ｎｓ的開關(guān)脈沖進行抑制，以使其不能傳遞到ＩＧＢＴ，這樣可以有效的抑制電磁干擾引起的電壓尖峰對開關(guān)管的誤觸發(fā)，從而提高驅(qū)動電路的抗干擾能力。另外，模塊還可以對輸入的觸發(fā)脈沖進行整形（例如常用的ＳＧ３５２５芯片所產(chǎn)生的脈沖在上升沿往往有電壓尖峰，而且在脈沖高低電平時有時電平會有波動），而且在經(jīng)過ＳＫＨＩ整形輸出以后，波形已十分標(biāo)準(zhǔn)，因而能可靠地對ＩＧＢＴ進行控制。

２．２ ＳＫＨＩ２２Ａ／Ｂ的脈沖互鎖電路

脈沖互鎖電路的互鎖時間由外接端子ＴＤＴ１、ＴＤＴ２和ＳＥＣＥＬＴ所接的高低電平來決定。同時可由這三個端子進行數(shù)字調(diào)節(jié)（ＳＫＨＩ２２Ａ只有ＴＤＴ２）。這種設(shè)計可以使不同開關(guān)速度的開關(guān)器件的互鎖時間均大于ＩＧＢＴ的關(guān)斷延遲時間，從而避免貫穿導(dǎo)通。

２．３ ＳＫＨＩ２２Ａ／Ｂ的欠壓保護電路

模塊內(nèi)部欠壓保護電路的作用是當(dāng)電源電壓低于＋１３Ｖ時，將差錯輸出端的電平拉低，以輸出差錯信號。

以上三部分控制電路被集成在一塊ＡＳＩＣ中，與一般的分立元件組成的電路相比，這樣可以大大的提高控制電路的抗干擾能力，同時可靠性也得到了提高。另外，ＳＫＨＩ系列器件的初級（控制部分）和次級（主電路部分）之間還可通過變壓器實現(xiàn)隔離。

２．４ ＳＫＨＩ２２Ａ／Ｂ驅(qū)動器的輸出級

ＳＫＨＩ驅(qū)動器件的輸出級采用ＭＯＳＦＥＴ晶體管互補電路的形式以降低驅(qū)動源的內(nèi)阻，同時可加速ＩＧ-ＢＴ的關(guān)斷過程。圖２所示是其輸出級電路。圖中，ＭＯＳＦＥＴ的源極分別和外部端子進行連接，這樣即可通過分別串接的ＲＯＮ和ＲＯＦＦ調(diào)節(jié)ＩＧＢＴ的開通和關(guān)斷速度；內(nèi)部集成電壓源可提高模塊的可靠性；通過調(diào)節(jié)電源電壓可以在不減小ＶＧＥ的情況下提供滿功率輸出脈沖，從而防止因ＩＧＢＴ退出飽和而損壞。

２．５ ＳＫＨＩ２２Ａ／Ｂ的短路保護

ＳＫＨＩ模塊利用“延時搜索過電流保護”方法?通過檢測ＩＧＢＴ通態(tài)壓降的變化來實現(xiàn)ＩＧＢＴ的過電流保護。當(dāng)電路出現(xiàn)短路時，出錯信號將由ＶＣＥ輸入并通過脈沖變壓器傳遞到差錯控制器，以封鎖所有到ＩＧＢＴ的脈沖并觸發(fā)出錯信號端（Ｐ１０）。該模塊通過調(diào)節(jié)檢測ＶＣＥ電壓信號的延時可以避免錯誤短路信號；其內(nèi)部帶有故障缺省記憶功能，可以防止重復(fù)的高電流脈沖對開關(guān)管的損壞，經(jīng)過幾個重復(fù)的高脈沖之后可以永久封閉脈沖輸出。此外，它還同時帶有差錯信號輸出，可以通知主控制板做出相應(yīng)的動作。

２．６ ＳＫＨＩ２２Ａ／Ｂ的電壓隔離

使用帶涂層的環(huán)形鐵氧體變壓器可以使輸入和輸出級之間的隔離電壓達到４ｋＶ。這是使用光耦作隔離驅(qū)動器件所不能達到的。使用脈沖變壓器代替光耦在原副邊之間可以防止很高的ｄＶ／ｄｔ（可以達到７５ｋＶ／μｓ）。

２．７ ＳＫＨＩ２２Ａ／Ｂ的輔助電源

由于ＳＫＨＩ模塊內(nèi)部有帶隔離變壓器的ＤＣ／ＤＣ變換器，因而可以節(jié)省外部變壓器并可使設(shè)計布局更加緊湊；在輔助電源原邊有欠電壓監(jiān)控電路，這樣可以保證ＩＧＢＴ有一個安全可靠并能提供足夠功率的門極驅(qū)動電路；每個ＩＧＢＴ采用相互獨立的電源。因此，其電源之間的耦合電容很小，從而提高了開關(guān)信號的抗干擾能力。

３　應(yīng)用電路

ＳＫＨＩ２２Ａ／Ｂ的應(yīng)用電路如圖３所示。圖中，ＩＮ-ＰＵＴ?ＴＯＰ?和ＩＮＰＯＵＴ?ＢＯＴＴＯＭ?分別為同一橋臂上、下開關(guān)管的觸發(fā)脈沖；管腳ＴＤＴ２接高電平＋１５Ｖ時，死區(qū)時間為４．２５μｓ，接低電平ＧＮＤ時，死區(qū)時間為３．２５μｓ。ＥＲＲＯＲ管腳為差錯信號輸出，當(dāng)模塊檢測到電路有過流、欠壓等現(xiàn)象并進行保護時，該管腳電平將被拉低以通知主控制板。

管腳Ｓ１５、Ｓ６外接的ＲＣＥ和ＣＣＥ?用于調(diào)節(jié)管子過流保護時的壓降。對于１２００Ｖ的ＩＧＢＴ，一般選擇ＲＣＥ為１８ｋΩ、ＣＣＥ為３００ｐＦ，此時管壓降門限為５Ｖ。管腳Ｓ１４、Ｓ７外接ＩＧＢＴ的柵極導(dǎo)通電阻ＲＯＮ，該電阻一般應(yīng)在３～２２Ω之間，實際應(yīng)用時，該電阻的發(fā)熱比較嚴(yán)重，因此建議使用２Ｗ的電阻。管腳Ｓ１３、Ｓ８外接ＩＧＢＴ的柵極導(dǎo)通電阻ＲＯＦＦ，其使用方法和ＲＯＮ一樣。管腳Ｓ２０、Ｓ１分別連接檢測上、下開關(guān)管的漏極。對于１７００Ｖ的ＩＧＢＴ，通常應(yīng)該串接１ｋΩ／０．４Ｗ的電阻。

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