IGBT 集成驱动模块2SD315AI 的应用研究

0 引言

2SD315AI 是瑞士CONCEPT 公司专为1 200 V和1 700 V IGBT的可靠工作和安全运行而设计的驱动模块，它以专用芯片组为基础，外加必需的其他元件组成。该模块采用脉冲变压器隔离方式，能同时驱动两个IGBT模块，可提供±15V的驱动电压和±15A的峰值电流，具有准确可靠的驱动功能与灵活可调的过流保护功能，同时可对电源电压进行欠压检测，工作频率可达MHz以上;电气隔离可达到AC4000V。

1 2SD315AI简介

1.1 外形及管脚功能

图1 所示为2SD315AI 的外形图，该芯片共有44个管脚。具体功能如下：

脚1，2(VDD) 信号电源;

脚3(SO1) 通道1状态输出;

脚4(VL/Reset)

定义逻辑电平/错误信号复位;

脚5(RC1) 通道1死区RC 网络;

脚6(INB) PWM2/ENABLE;

脚7(RC2) 通道2死区RC网络;

脚8(MOD) 模式选择;

脚9(SO2) 通道2状态输出;

脚10(INA) PWM1/PWM;

脚11，12(GND) 信号电源地;

脚13~17(VDC) DC/DC 驱动电源;

脚18~22(GND) DC/DC 驱动电源地;

脚23(Ls2) 通道2的状态显示端;

脚24(C3) 通道2的集电极检测端;

脚25(Rth2) 通道2的阈值电阻端;

脚16，27(E2)通道3的发射极;

脚28(Viso2) 通道3的DC/DC输出侧电源;

脚29，30(COM2) 通道3的DC/DC 输出侧地;

脚31.32(G2) 通道2的栅极;

脚33，34(NC)未用;

脚35(Ls1) 通道1的状态显示端;

脚36(C1) 通道1的集电极检测端;

脚37(Rth1) 通道1的阈值电阻端;

脚38，39(E1)通道1的发射极;

脚40(Viso1) 通道1的DC/DC输出侧电源;

脚41，42(COM1) 通道1的DC/DC 输出侧地;

脚43，44(G1)通道1的栅极。

1.2 主要参数

1.2.1 2SD315AI 的极限参数

供电电压VDD和VDC 16 V;

逻辑信号输入电平VDD;

门极峰值电流Iout ±18 A;

内部开关电源输出功率6 W;

输入输出隔离电压AC 4 000 V 50 Hz/min;

工作温度-40~85℃。

1.2.2 2SD315AI 的主要电参数

输入输出延迟开通时间tpdon 300 ns;

关断时间tpdoff 350 ns;

短路或欠压保护阻断时间1 s;

输出上升时间tr out 160 ns;

输出下降时间tf out 130 ns;

最大电压上升率100 kV/μs。

2 工作原理与保护功能

2.1 工作原理

图2为2SD315AI的功能框图。它主要由DC/DC转换电路、输入处理电路、驱动输出及逻辑保护电路组成。

DC/DC转换电路的功能是将输入部分与工作部分进行隔离。而其输入处理电路由电子接口(逻辑与驱动之间的接口)LDI001及其外围电路组成。由于控制电路产生的PWM信号不能直接通过脉冲变压器，特别是当脉冲信号的频率和占空比变化较大时，尤为困难。LDI001就是专门为此而设计的，此专用集成芯片的功能主要是对输入的PWM信号进行编码，以使之可通过脉冲变压器进行传输。由于该器件内部带有施密特触发器，因此对输入端信号无特殊的边沿陡度要求，并能提供准静态的状态信号反馈。其设计为集电极开路方式，可以适应任何电平逻辑，并可直接产生半桥所需的死区时间。

驱动输出及逻辑保护电路的核心芯片是IGD001。它将变压器接口、过流短路保护、阻断逻辑生成、反馈状态记录、供电监视和输出阶段识别等功能都已集成在一起。一个IGD用于一个通道，其具体功能是对脉冲变压器传来的PWM 信号进行解码和功率放大，实现IGBT 的短路、过流及电源的欠压检测保护，并向LDI反馈状态，以产生短路保护的响应时间和阻断时间等。IGD 所有的保护、检测功能(如过流、短路保护和欠压保护)都置于次级，因此，在出现故障时，电路将立即被关闭并锁定。

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