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英飞凌EconoDUAL3及EconoPACK IGBT模块驱动和保护电路的设计

 IGBT中文名叫绝缘栅双极性晶体管。其在电路作用实质就是当作一个可控的开关。不过要应用好这个开关是有点难度的,尤其是在高频率,高压大电流情况下。驱动是个问题,保护电路是个问题,而驱动电路的PCB的设计更是个问题。本文翻译了一个英飞凌的 EconoDUAL™3与EconoPACK™+ IGBT模块驱动评估板的资料。
IGBT驱动电路设计的两个重点,一个是驱动,另一个保护。文章来源:http://www.igbt8.com/qd/234.html
驱动也就是栅极(门极)电压。由于IGBT的控制输入端几乎就是跟MOS管一样。所以驱动基本上是跟MOS管一样。其实本质就是根据管子不同你要计算一个合适的栅极门极(电阻),一般驱动都需要设置这一个合适的驱动电阻。这个电阻基本上跟IGBT寄生的输入电容是相关的,具体计算这里不在重述。英飞凌和赛米控好像都很多详细资料。请注意栅极电租的计算还需要把IGBT管内的栅极电阻也算进去。
在英飞凌资料中,把IGBT内部的栅极电阻称作为Rgint,外部的栅极电阻叫作Rgext。
保护。我这里想先说的就是,IGBT的关断保护就如踩杀车一样,你要慢慢踩。一下踩死,你会翻车的。另外个人觉得IGBT很怕电感,各种寄生电感都非常怕。因为当快速开关的时候就能产生di/dt&dv/dt.。当发生短路时,或者说过流时候,你不能马上把IGBT驱动电压或电流立即降为零,就是说不能直接关,这样的会引起dic/dt.产生尖峰电压,这样的尖峰电压对IGBT来说是很致命的。大多数时候IGBT直接OVER了。所以一般发生短路时候基本上先把电压降底一个值,然后在关掉。这个我到觉得踩杀车一样道理一样的,点杀,不能猛杀。不轮你是四个轮子,还是两个轮子。
总结保护主要采集了栅极控制电压,要在某一范围内,其次采集了IGBT管的VCE压降。当短路发生或过流时当检测到VCE值超过参考值而执行相应的保护动作。 
目录
1引言
2设计特点
2.1主要功能
2.2主要数据
2.3引脚分配
2.4机械尺寸的EconoDUAL™驱动板
2.5机械尺寸的EconoPACK™+驱动板
3电气特性
3.1电源
3.2输入逻辑 - PWM信号
3.3最大开关频率
3.4推挽驱动输出
3.5短路保护,有源钳位
3.6故障输出
3.7温度测量
4开关损耗
4.1导通损耗
4.2关断损耗
5原理图,布局和物料清单 - EconoDUAL™3板
5.1原理图
5.2装配图
5.3PCB布局
5.4物料清单
5.5栅极电阻表
6原理图,布局和物料清单 - EconoPACK™+板
6.1原理图
6.2装配图
6.3 PCB布局
6.4物料清单
6.5栅极电阻表
XED100E12F2
XED :2ED代表2通道驱动;6ED表示6通道驱动。
100:输出电流10到100A
E:EVALUATION  BOARD评估板的意思
12:12 suitable for 1200v igbt 适用于1200V IGBT管子
F2: functional isolation 隔离功能
1引言为了深入了解IGBT驱动,所以决定翻译一个英飞凌官网的技术文档资料。
2ED100E12-F2 EconoDUAL™3模块评估驱动板如图1,和6ED100E12-F2 EconoPACK™+模块评估驱动板如图2所示, 
 2ED100E12-F2的产品评价驱动板安装上顶部的EconoDUAL模块
1  2ED100E12-F2的产品评价驱动板安装上顶部的EconoDUAL模块
 6ED100E12-F2产品评价驱动板安装在顶部的EconoPACK模块
2  6ED100E12-F2产品评价驱动板安装在顶部的EconoPACK模块
 
2设计特点以下各节介绍主要功能,关键数据,引脚分配和板的机械尺寸。
2.1主要功能 2ED100E12-F2和6ED100E12-F2的评估驱动板提供以下功能:
•  双通道IGBT驱动器2ED100E12-F2版本,适用于使用IGBT4
•  六通道IGBT驱动器6ED100E12-F2版本适用于600 V和1200 V EconoDUAL 3或EconoPACK™+ IGBT模块
•  驱动板设有独立的DC / DC驱动电源和短路保护电路
•  隔离式温度测量•
•  短路电流保护 保护时间 toff < 6 μs 
•  IGBT驱动器IC 欠压保护,
•  PWM和故障信号5VCOMS电平正逻辑
•  单路故障输出信号
PCB设计,满足IEC61800-5-1的要求,污染程度2,过电压类别II•
2.2主要数据
下表中的值是在Ta=25°C测量的典型值 
表1的数据和特征值(典型值)
Ta=25°C测量的典型值
表1的数据表符注解释:
1) 最大开关频率为每EconoDUAL™3或EconoPACK™+模块类型,应分别计算。DC / DC输出功率,每通道最大为1.5 W。栅极电阻附近PCB电路板温度大约105°C,使用FR4材料。
有关详细信息,请参阅第2.3
2)最大工作温度严格依赖于负载和冷却条件。有关详细说明,请参见第2.3章
3)在数据表中定义的值:T60403-D4615-X054日期:21.03.2000
4)1ED020I12-F数据表,2.2版2009年12月
5)AD7400 1/11 - 修订版C
2.3引脚分配
除14脚的连接器X1和X2的EconoPACK™+驱动板,连接器都为EconoDUAL™3和EconoPACK™+板的配置
如表2所列。
表2描述了连接器X3的引脚分配如图3所示。
表2组输入和输出连接器X3的6ED100E12-F2
输入和输出连接器X3的6ED100E12-F2
(1) Sigma Digital  (或∑-∆)∑-∆是AD采样的一种结构,通常有积分器比较器,一位DA组成。
优点是高采样分辩率。
 评估驱动板的F2 6ED100E12,X3连接器PCB接口
3评估驱动板的F2 6ED100E12X3连接器PCB接口
2.4 EconoDUAL™驱动板的机械尺寸图
 2ED100E12-F2驱动板的尺寸
4   2ED100E12-F2驱动板的尺寸
2.5 EconoPACK™+驱动板的机械尺寸图
 6ED100E12-F2驱动板的尺寸
5   6ED100E12-F2驱动板的尺寸
这两个驱动板用自攻螺丝和焊接被紧固到IGBT模块的辅助接插件的顶部。
EconoDUAL™3与EconoPACK™+驱动板电气间隙和爬电距离为:
主板/副板不小于8毫米,副板/副板之间不小于4毫米。
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