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直流电源IXYS IGBT驱动模块可帮助高功率系统设计
浏览: 发布日期:2019-01-23

  驱动器件,使设计周期缩短,设计成本做到尽可能最低,并具有极高的紧凑性和最高的性能和可靠性。IXIDM1403支持双通道大功率模块,隔离电压高达4000 V,开关速度高达50 kHz,具有短和电源电压功能。

  IXIDM1403是基于IX6610 / IX6611 / IXDN630芯片组的高压隔离栅极驱动模块,它允许创建隔离的IGBT驱动器,在初级侧和次级侧之间以及次级侧驱动器之间设置高压隔离栅。它创建了一个非常灵活的架构,可用于需要在初级和 次级侧和/或次级侧驱动器之间进行隔离的三相电机驱动器,半桥开关,推挽式转换器,其它不间断电源(UPS)应用,及可再生能源和运输。

  内部电源为每通道隔离电源提供高达2 W的功率,以驱动上、下IGBT,有效地将MCU与高功率电隔离。它采用单极性15 V电源供电,提供+20 V / -5 V驱动IGBT栅极和+3.3 V驱动MCU,并在MCU和栅极驱动器之间以及栅极驱动器之间保持高达4 kV的隔离电压。

  内置的欠压和过电压防止IGBT在最佳窗口以外的栅极电压下工作,并且无需考虑MCU相关条件及问题来源,这些问题可能来自隔离栅后面的低/高侧IGBT,也可能来自隔离栅之前的初级侧。

  通过使用电流检测电阻或IGBT去饱和事件,可以实现300 mV阈值的过流。 此功能可在集电极电流超过用户设置的值后立即关闭IGBT并通知MCU,从而做出适当的决定。

  来自外部MCU的TTL级兼容输入信号可用于操作次级侧驱动器。IXIDM1403采用了双通道双向变压器接口,它可将初级侧输入命令从MCU传输到次级侧,并将信息从次级侧传输到MCU。异步数据传输由窄脉冲实现,以防止变压器的磁芯饱和。

  窄脉冲检测器可以防止非常窄的错误PWM输入信号传输到驱动器。宽度窄于100 ns的输入信号脉冲被,而宽度大于350 ns的脉冲被传输到驱动器。为了避免输入脉冲最大宽度,可以只从初级侧发送表示输入信号上升/下降沿的短脉冲,而次级侧用于恢复原始脉冲宽度。

  次级侧栅极驱动器将输入的PWM逻辑信号转换为+20 V / -5 V(相对于COMMON)双极栅极驱动信号,具有典型的30 A峰值驱动电流能力。 通过选择不同值的栅极电阻,的正负栅极驱动器输出可以在没有外部二极管的情况下优化IGBT导通/截止时间。

  具有通道A优先级的内置死区时间延迟电可防止IGBT同时导通。如果通道B有效且通道A被强制进入导通状态,则通道B立即被禁用,通道A IGBT以预设的延迟时间。通道A变为非活动状态后,通道B(如果处于活动状态)将以相同的延迟时间打开。如果通道A处于活动状态且通道B被强制进入导通状态,则只要通道A保持活动状态,该命令就会被忽略。如果在命令激活通道B到期之前通道A变为非活动状态,则通道B在通道A变为非活动状态后以预设延迟时间变为活动状态。 通过将通道B设置为永久启用且仅操作通道A,单个输入信号源可用于创建半桥配置的互补IGBT开关对。

  栅极A和栅极B输出的脉冲之间的死区时间由硬件编程为~420 ns。 如果运行特定IGBT所需的死区时间大于IXIDM1403中实现的死区时间,则应由MCU编程或在工厂调整到所需值。

  如果内部模块温度超过150°C,过温功能会禁用IGBT,当温度降至125°C以下时,将恢复正常工作。如果IGBT组件配备温度传感器,IXIDM1403可以将其信号转换给MCU。双通道双向变压器接口允许向MCU传输有关次级侧电源故障和IGBT过流情况的信息。

  初级侧的所有故障条件都会在两个驱动器处停止执行PWM周期,而次级侧的所有故障条件仅在受影响的驱动器处停止PWM周期。 如果在PWM周期开始之前出现故障条件,只要存在故障条件,PWM周期将被忽略。

  IXIDM1403电源块设计用于提供高达2 W的功率,并具有启动模式和运行模式。在启动模式下,转换器通过内部振荡器工作,仅激活部分电源开关,以降低动态电流消耗/功耗。 启动后,转换器激活所有电源开关并进入运行模式。运行模式保持关闭~1.28 ms。 在启动模式期间禁用发送操作,以最小化次级侧的电流消耗。运行模式开始后,它将继续运行,直到重新启动,这会将电源块返回到启动模式。

  在运行模式下,电源块可以通过内部或外部时钟运行。当用于电机驱动器等多相应用时,使用MCU的外部时钟可最大限度地减少IXIDM1403器件之间的噪声干扰。转换器的计时器可防止由于没有外部时钟而造成的潜在损坏。只要外部时钟周期超过计时器的40μs超时时,转换器就会切换到内部时钟。

  每个IXIDM1403 IGBT驱动器还包含一个相对于COMMON引脚的阈值为300 mV的过电流(OC)比较器。过电流可以通过使用低值电流电阻,具有次级电流输出的IGBT或利用去饱和事件来实现。如果发生过电流故障,则在周期的剩余时间内将驱动器的输出强制为低电平。正常操作在下一个PWM栅极驱动周期开始时恢复。

  由于感测电压低,可能需要在电流感测输入处设置噪声滤波器。过电流比较器有一个内置100 pF电容,与输入并联; 因此,只能添加一个电阻来创建这样的滤波器。为防止误跳闸,过电流比较器的输入在IGBT关机期间接地,并在IGBT启动后立即接地3.5μs。当发生过流事件时,输出故障脉冲发生器会产生一个200 ns的窄脉冲,故障控制逻辑器利用此脉冲将故障状态传达给MCU。

  IXIDM1403采用55 x 50 x 28 mm封装,有一个12引脚,1 mm间距FFC连接器,可与MCU通信,两个5引脚,2.54 mm间距接头,可向IGBT提供信号, 和一个2引脚,2.54毫米间距接头,用于将信号从外部温度传感器转换到MCU。

  IXIDM1403采用单极性15 V电源供电,可运行两个1200 V IGBT器件,最大集电极电流为360 A.这种设计允许MCU提醒客户有关初级和次级侧的欠压或过压情况,以及 IGBT进入去饱和模式时的过载情况。MCU可以通过该模块供电,不需要单独的电源。 如果用户更喜欢从外部电源驱动MCU,也可以实现这一点。 此外,内部IXIDM1403逻辑可以使用相同的外部电源供电,从而最大限度地降低15 V电源的功耗。

  图4:在IXIDM1403通道A和通道B永久启用的情况下,MIXA225PF1200TSF和单个信号源以互补模式工作

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