英飞凌SmartPIM1 IGBT模块驱动评估板(2)

3 应用笔记

该评估板由一个在X4插座上的外部+15V单电源供电，再用一个线性稳压器（IC8）把+15V电压转换得到的5V电压用作逻辑选择器（IC5、IC6）、定时器（IC8）和比较器（IC1~IC4）的供电。默认情况下，采用升压自举电路为高压侧的IGBT驱动电路供电。X1、X2和X3插座提供了三个可供选择的外部电源为高压侧的IGBT驱动电路供电，以升压自举电路。

下表给出低/高电平有效配置的真值表

表 2 低/高电平有效设置

此外，采用电子电路实时检测短路、过流和过温现象。一旦出现故障，定时器输入将从高电平触发为低电平，并将定时器输出置为高电平，此高电平信号使Q1、Q2导通，Q1将故障信号送至X5-8引脚，Q2通过/SD输入引脚侧关断所有驱动电路，定时器输出引脚经过一个定义的延迟时间t = R17 • C32 • 0.69以及当电压低于VCC的电压的1/3时，复位为低电平。如果输入的触发脉冲仍然保持低电平信号，则定时器将等待，直到触发输入脉冲变为高电平信号。

3.1 开关特性

采用FP35R12U1T4模块的开关特性是通过双脉冲测试得到，下列波形图给出了在标称电流为35A的情况

下的开关特性，测试条件分别为25°C,125°C和150° C，600V直流母线电压和6Ω门极电阻。

图 4 25°C 条件下FP35R12U1T4 的开通 (左图) 和关断(右图)特性波形图

图 5 125°C 条件下FP35R12U1T4 的开通 (左图) 和关断(右图)特性波形图

图 6 150°C 条件下FP35R12U1T4 的开通 (左图) 和关断(右图)特性波形图

在25°C, 125°C and 150°C条件下的开关损耗Eon 和Eof f 可由这些波形图计算得到。
表3 FP35R12U1T4 的开关能量

开关损耗可与数据手册中给出的值进行比较，此外，从图中可看到在开通瞬间的没有寄生开关现象。

3.2 过流和短路保护

并联分流电阻上的电压经过RC（R19、C12）滤波后送入运放OP31、OP4。OP3设计为同相放大器，OP4设计为反相放大器，二极管D12和D13用于检测双运放输出的最高电压，因此过流保护也同样为直流环节的正向和反向电流提供保护。CP3将比较放大器OP3输出的电压与参考电压进行比较来实现过流检测，而CP4则检测短路电流。CP3和CP4最基本的区别在于比较的参考电压和输入端RC滤波器的时间常数。一旦检测到的过流或短路电流超过阈值，则相应的比较器输出变为低电平并触发定时器的输入端（IC8，引脚2）。下面做了一个典型的短路测试。

图7 25°C (左图) 和 125°C (右图)条件下的短路测试

为了改变过流检测的阈值，必须对CP3的参考电压进行调整，例如增大（减小）R27将会增大（减小）阈值。为改变时间阈值，必须对RC电路的R25和C33进行调整，例如增大（减小）R25将增大（减小）时间值。为了改变短路电流检测的阈值，必须对CP4的参考电压进行调整，例如增大（减小）R29将会增大（减小）阈值。为改变时间阈值，必须对RC电路的R26和C34进行调整，例如增大（减小）R26将增大（减小）时间值。

注意：不能通过检测温度来检测短路或短时过载，但是可以用于长期过载条件下以及冷却系统失效时保护模块。

3.5 /故障输出

一旦发生短路、过流或过温现象，则X5-8的/fault引脚将转换为低电平，从而向单片机报告一个错误信息，经过一个已定义的延迟时间t=R17*C32之后，如果故障条件已经不存在，则驱动器将会重新开启。因此一旦发生故障，单片机收到错误信号并且通过程序执行相应的保护措施将是十分重要的。

3.6 电流有效值和直流环节电压限制

电路板上的电流有效值限制为10A

直流环节电压的最高值限制为800V，通过与一个制动电阻连接，制动斩波器将通过3.3节所述的设定值对直流环节电压进行限制。

3.7 电路板启动时的浪涌电流指示

电路板上带有内置的热敏电阻来防止电路板插电时整流二极管因浪涌电流而损坏。在电路板的插头接入电源时，此时由于热敏电阻仍处于冷态，则输入电流将被限制。过一段时间后，热敏电阻将会发热，阻值将减小，从而给电路板提供一个低阻抗的电源。
注意: 经过一段时间的工作之后，热敏电阻将会发热且阻值较低。如果将电路板与电源断开并立即再次连接，将会由于较大的浪涌电流而损坏整流二极管。

3.8 冷却条件

该电路板未提供散热片，但是电路板本身工作时需要散热片，为了确定散热片的尺寸，建议您参考英飞凌的IPOSIM软件。

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