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英飞凌PrimePACK IGBT模块特点及其应用(2)


驱动设计> 基本驱动方法
#一个驱动器核+ n✕有源适配板
  • 快速驱动信号,易实现并联模块驱动对称性;
  • 独立控制;
  • 驱动功率源于适配板;
    • 可以用小电流驱动器;
  • 消除驱动连接电缆之间差异性;
#一个驱动器核+ n✕无源适配板
  • 仅仅提供驱动信号;
  • 需要较大输出峰值电流的驱动器;
  • 功率密度比较集中;
#n✕驱动器核& n ✕有源适配板
  • 驱动器之间传输延时差异;
PrimePACK驱动板
  • 小输出峰值电流光藕/CLT驱动芯片: 如PC929, HCPL-316J, 1ED020I12-F
  • 中等输出峰值电流厚膜驱动器: 如M57962, EX841
  • 大输出峰值电流驱动板: 如2ED300C17-S, 2SD315AI-17
驱动设计> 并联方案
PrimePACK并联方案
驱动设计> 适配板MA300E12/17
特点:
  • 最大输出电流Ip=30A;
  • 最大工作电压VDC=±20V;
  • 双通道;
PrimePACK适配板
PrimePACK适配板
主要部分:
  • 门极电阻Rgon/Rgoff;
  • 电流放大电路;
  • 短路保护Vcesat检测电路;
  • 有源嵌位电路(Vce/Vge);
驱动设计> 适配板快照
PrimePACK驱动适配板
1200V IGBT模块-> M300E12
PrimePACK适配板
1700V IGBT模块-> M300E17
驱动设计> 原理图(1700V 上)
PrimePACK驱动原理图
注释: 下与上桥臂电路相同。
驱动设计>门极电阻Rgon/Rgoff
PrimePACK门极电阻设置
1200V模块建议门极电阻
PrimePACK建议门极电阻
1700V模块建议门极电阻
1700V PrimePACK建议门极电阻
驱动设计> 峰值电流与驱动功率
#以FF1000R17IE4 (Rgint=1.5ohm, Qg=10uc)模块为例;!峰值电流(无Cge)Igon=(+Vdc-(-Vdc))/(Rgint+Rgext)=(-15V-(-15V))/(1.5+1.2)=11.1A
如果用Cge=47nF, 由于Rgint不在瞬时充电回路. 因此, 峰值电流为: Igon=30/1.2=25AIgoff=30/1.78=16.8A
  • !驱动功率*IGBT门极驱动所需功率:Pav=5*Cies*ΔVdc2* fswor 1.2*ΔVdc*fsw*Qg=5*81nF* 302 *2Khz=0.73W*附加Cge所产生损耗:Pav=fsw*ΔVdc2 * Cge=2kHz*302*47nF=0.085W
所需的总平均功率为Pav=0.82W如果考虑其它元器件的功率消耗, 假定为0.2W. 因此,总驱动功率大约为1W.转载请注明出处 http://www.igbt8.com
驱动设计> 放大电路
  • 低饱和压降晶体管
ZXTN2010Z 60V 10A
ZXTP2012Z 60V -10A
  • 输入电阻
Rb=VGE/Igint=30ohm
  • 供电电容
*每个支路所需电容数量m=2;
*以0.2V电压降作为设计条件;
* 限流电阻;
  • 支路
4个放大电路并联
PrimePACK限流电阻
驱动设计> 有源嵌位电路(Vce/Vge)
  • Vce过电压嵌位
* 考虑安全裕量:
1700V-15%Vce=1445V
*嵌位动作值:
3pcs 1.5SMC440A
最小Vclampingmin=1254V
3pcs 1.5SMC400A + 1pcs 1.5SMC100A
最小Vclampingmin=1235V
*工作方式
  • 每个开关周次动作
(请注意TVS器件温度特性和选型, 参考应用指南“clamping of Vce”)
  • 短路关断保护动作
  • Vge过电压嵌位
用超快二极管US1B嵌位到+15V;
PrimePACK VCE过压钳位
 驱动设计> 短路保护检测电路
PrimePACK短路保护检测电路
高压快速检测二极管STTH112U 1200V 1A Vf=1.65V
TVS 管正向特性1.5SMC400A 100A Vf=3.5V
TVS管正向特性
TVS正向特性
驱动设计> 短路测试
PrimePACK短路测试
驱动设计>开关频率fs限制因素
  • 可以获取的驱动功率(DC/DC电源容量);
  • PCB基板最高允许温度(门极电阻产生功耗);
最大允许的门极电阻功耗为Pgate= 1.1W
PRext-gatevs. TPCB
PrimePACK驱动开关频率
驱动设计> 并联驱动设计
  • 以两个FF1000R17IE4 IGBT模块并联为例;
  • 有源适配板
* 驱动器核输出峰值电流;
* 放大电路并联支路数量越多, 放大增益和传输速度会被改善;
  • 无源适配板
* 无Cge, 2ED300C17-S (4W 30A)能够驱动两个并联模块.
如果直接驱动三个IGBT并联, 驱动能力有点不足.转载请注明出处 http://www.igbt8.com
* 驱动能力也会被一些热条件所限制, 如风速/环境温度等.
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