Concept 2SP0115T(4)

IGBT的动态行为

IGBT模块的动态行为取决于其类型和制造商，因为这不仅涉及模块内部的IGBT芯片和二极管芯片的特性，还跟模块结构以及内部门极电阻和电感的分布情况有关。请注意，来自同一制造商的不同型号的IGBT模块也需要进行专门的适配。

因此，CONCEPT提供针对特定IGBT模块的SCALE-2即插即用驱动器。这些驱动器不得用于非指定类型的IGBT模块。

IGBT开通/二极管换流

当驱动器输入高电平信号时，门极驱动器开通相应的IGBT。驱动器包含与相应IGBT模块匹配的门极电阻。适配后的驱动器，可以在功率单元杂散电感相对较低的情况下使开关损耗降到最低。建议在装配之后测试系统的换流行为。

IGBT关断

当相应的输入信号下降到低电平时，对应的IGBT关断。门极电阻由CONCEPT确定，不得改动。

快速关断IGBT可能会导致过压，该电压尖峰会随着直流母线电压或负载电流的升高而升高。关断过压值可通过下面的公式近似计算：

Vtr = -Ls * di/dt

此处，Vtr表示关断过压，Ls表示杂散电感。

大多数驱动器无法在过载或短路的情况下抑制关断过压。但是，这对于大功率或高压IGBT极为重要。为了解决这个问题，SCALE-2即插即用型驱动器提供了高级有源钳位功能。

高级有源钳位

有源钳位技术的功能是，在集电极-发射极电压超过预设的阈值时将IGBT部分地打开，从而令IGBT的集电极-发射极电压得到抑制，此时，IGBT在线性区内工作。/4/中介绍有源钳位的基本电路。

基本有源钳位电路是将IGBT的集电极电位通过瞬态电压抑制二极管(TVS)反馈到IGBT门极的单反馈电路。2SP0115T SCALE-2驱动器支持CONCEPT的高级有源钳位，基于此原理：当有源钳位电路动作时，驱动器的推动级的关断MOSFET将会被线性关断，以增加有源钳位功能的效率，并且降低TVS上的损耗。这种特性主要集成在副方ASIC中。电路如图7所示。

图 9 测试电路（左）和典型开关行为（右）

图9说明：

t0 = 关断过程开始

t1 = 关断时间起点

t2 = 集电极电流下降时间起点

t3 = 集电极最高电压

t4 = IGBT截止，拖尾电流起点

t5 = 拖尾电流终点

与其他驱动方法相比，使用有源钳位功能，可以配置较小的驱动电阻，以提高IGBT模块的开关速度，减少开关损耗，从而提高IGBT模块在正常工作期间的利用率。在故障关断时产生的过压也可通过有源钳位来抑制。如需了解关于最大允许直流母线电压的信息，请参考驱动器数据手册/3/。

图10所示为使用2SP0115T驱动器控制450A/1200V IGBT模块的典型关断过程。

图 10 直流母线电压为800V、集电极电流为900A（额定集电极电流的两倍）时的450A/1200V IGBT模块关断行为

2SP0115T并联

2SP0115T SCALE-2驱动器配合相应的IGBT模块在并联使用时可以提高系统的功率。这种可直接并联的优越特性源自于该驱动器极低的传输延迟以及极小的抖动（请参阅相应的数据手册/3/以了解时间参数，参阅/5/以了解关于并联的信息）。

CONCEPT建议用户按照下面的方法并联2SP0115T驱动器：

 所有并联驱动器的电源电压VCC必须来自同一电压源，以确保驱动器对称地运行。

 所有并联驱动器的输入信号INA和INB必须来自同一逻辑缓冲器（驱动器），以确保延迟差异极小。

 INA和INB的电压上升率必须足够高(>0.25V/ns)，以确保最大限度地降低延迟抖动。特别是，如果输入到INA和INB的信号经过了RC网络滤波（例如，用于窄脉冲抑制），则必须使用施密特触发器整形，以使INA和INB的信号有较高的电压上升率。

 所有从主控板连接到不同驱动器连接器X1的接口的电缆的长度差异应当低于40cm，以确保附加延迟差异低于大约2ns。

 所有驱动器都必须工作在直接模式。半桥模式不适合并联2SP0115T。

 发生故障关断时，必须等待所有并联的驱动器的故障反馈端全部复位之后再做进一步操作，以确保所有并联的驱动器的阻断时间全都结束。

 并联驱动器的状态输出SO1和SO2可进行单独检测以精确地诊断故障，也可以连接到一起。

正常运行

在系统正常运行时（无故障反馈），并联驱动器可按无并联电路的方式使用。所有并联IGBT模块会同步开通和关断。实验室测量显示，微小的信号延迟差异(<5ns)以及微小的负门极电压差异(<0.4V)，可导致关断或开通时的集电极电流以及开关损耗轻微不均衡。但是，这种影响比较小，因为大部分情况下变换器的机械结构的对称性占主导地位。

短路

在发生短路的情况下，最先检测到短路的驱动器会将故障反馈发送到相应的SOx输出端。经过大约1.4μs的附加延迟后，相应的IGBT将会被关断。在这段延迟时间内，无法关断该IGBT。

在最坏的情况下，如果用户（偶然地）尝试在第一个驱动器检测到短路后立即关断IGBT模块。这时，检测到短路的驱动器将会忽略关断指令。而尚未检测到短路的驱动器将会关断相应的IGBT。这将会导致短路异步关断。但是，实验室测量显示，此类异步关断（延迟差异最多2μs）未表现出任何问题。低电感(~70nH)和大电感(>1.5μH)两种短路情况都已考虑在内。但是，CONCEPT建议用户在具体的应用中进行这方面的验证。
电源欠压

在电源欠压的情况下，相应的驱动器将故障反馈发送到相应的SOx输出端，并立即关断相应的IGBT。建议接着立即向所有并联驱动器发送关断指令。经过短时延迟后相应的IGBT将会被关断。

三电平和多电平拓扑

如果要将2SP0115T驱动器用于三电平或多电平拓扑，请参阅应用指南AN-0901。

低杂散电感结构要求

不能因为具备有源钳位功能而忽略功率单元的杂散电感。出于多种原因考虑，在使用2SP0115T即插即用驱动器时仍然需要将直流母线杂散电感降至大约40nH…100nH。