IGBT 集成驱动模块2SD315AI 的应用研究

2.2 2SD315AI 驱动块的保护功能及特点

2SD315AI 驱动块的保护主要包括短路和过流以及电源检测。对于短路和过流保护，驱动中每路都有一个Vce检测电路，Rth为关断阀值的参考电阻。在IGBT开通后的一段响应时间内，Vce检测电路不起作用。而当Vce出现故障后，锁定时间功能开始启动，并在锁定时间内使驱动器锁定IGBT，而不再接受输入信号。模块中的各路都具有自己的锁定功能，并均由各路的LDG001实现。一旦Vce超过Rth设定的阀值，锁定将立即启动。

2SD315AI 驱动块中每路都具有一个欠压检测电路，当电源电压降至10 V或11 V时，IGBT将执行负压关断，并进行故障报警。

与其他驱动器相比，2SD315AI 具有以下几个显著的特点：

1)可灵活定义逻辑电平;

2)可自由选择工作模式;

3)具有短路和过流保护功能;

4)具有欠压监测功能;

5)可动态设定短路保护阈值。

3 2SD315AI在实际中的应用

3.1 应用实例

笔者所在团队一同设计研发了一台300 kV·A工矿车牵引逆变器，并成功地在上海地铁现场应用。

其主要技术参数：

输入额定电压DC 550 V(350~660 V);

输入电压纹波(峰- 谷值) 15%，(瞬态电压允

许700 V，持续时间2 s，1 200 V持续时间200μs);

输出容量300 kV·A;

输出额定电压AC 0~400 V。

图3为功率单元的逆变电路图。

逆变器的主开关器件选用的是EUPEC 公司的IGBT 模块FS450R12KE3。该模块内部集成6 个IGBT，通过三三并联，构成上下桥臂，使得电流等级达到1 350 A。根据FS450R12KE3 对驱动保护电路的要求以及2SD315AI驱动模块的性能特点，设计的IGBT驱动保护电路如图4所示。

该电路由INPUTA(INA)和INPUTB(INB)输入保护、互锁，电源保护、上电复位、IGBT 的接口电路几部分组成，该电路工作于直接模式。

输入保护驱动板通过光纤与控制电路相连，因此，应对驱动电路的输入INPUTA和INPUTB给予适当地保护，以便在掉电或输入信号呈高阻时，输入端能够通过电阻RX接地。电容CX的作用是抑制输入端出现的短脉冲或有害的尖峰脉冲。

上电复位由于上电后的错误信息总是保存在驱动模块的错误寄存器中，因此在驱动电路与控制电路分离的情况下，可通过图4连接于VL/Reset的上电复位电路进行复位。该电路同时还有欠压保护功能。VDD>12.7 V时，Z1反向击穿，Q4导通，Q5截止，VL为高电平，驱动器开通;而当VDD12 V时，Q4截止，Q5导通，VL为低电平，驱动器关断。另外，该复位电路还可保证在开启电源后的较短时间内使加在所有IGBT器件控制端上的电压均为低电压，以保证所有IGBT器件均处于关断状态。

与IGBT接口当开通时，驱动电流经Rg2和二极管Dg流向IGBT，即开通电阻Ron=Rg2;关闭时，由于二极管Dg的单向导电性，门极经Rg1和Rg2放电即关断电阻Roff=Rg1+Rg2。这样就可以对开通的di/dt、dv/dt和关断的dv/dt分别进行控制，从而改善了开关过程，减少了开关损耗。

3.2 设计中需要特别注意的问题

在任何时候都不能把过流检测管脚C 直接接到IGBT的集电极，而须通过二极管连接。其承受的反向峰值电压应超过逆变器直流侧电压的60%，以防止高压串入驱动电路。

在管脚Visox 和Lsx 之间须串接一个电阻和发光二极管以指示通道X 的工作状态，在正常情况下，发光二极管发光，而在发生短路和欠压故障时，发光二极管熄灭。但由于制作工艺上的原因，管脚Lsx对干扰极为敏感，因此，在设计中若要指示状态，应把发光二极管接在电路板上尽量靠近输出端的地方，若不需状态指示，则必须把管脚Lsx 和COMx 短接。千万不要通过很长的引线将发光二极管引出，或者将Lsx 端悬空，否则会因电磁干扰的引入使整个电路不能正常工作。

电容悦X是根据高压IGBT开通时的特殊性来实现开通时di/dt、dv/dt的分别控制。选取悦X时要反复调试，否则会使驱动输出信号产生振荡。

3.3 门极驱动电路的合理布线

对门极驱动电路的合理布线对防止电路潜在的振荡、减慢门极电压的上升、减少噪声损耗、降低门极电源电压或减少门极保护电路的动作次数有很大的影响。因此，门极电路布线的设计必须依从以下的原则：

1)布线必须将驱动器的输出级和IGBT之间的寄生电感减至最低，这相当于把门极的连线和发射极的连线之间包围的环路面积减至最低。

2)必须正确放置门极驱动板，以防止功率电路和控制电路之间的电感耦合。

3)PCB板的条线之间不宜太过靠近，否则IGBT的开关会使其相互电位改变，因为过高的dv/dt 会通过寄生电容耦合噪声。

4)安装时，为缩短连线，应把驱动板直接用螺丝拧在IGBT模块上。

4 结语

通过采取对各种电路的保护措施以及较合理的工艺布局，2SD315AI 驱动模块在300 kV·A 逆变器的应用比较成功，这同时也为2SD315AI-33中高压驱动模块的应用和以此做更大功率等级的逆变器积累了经验。