19-基于SCALE-2芯片组的IGBT驱动器的应用指南-魏炜-20120303-Rev03

TechnicalTraining2012-3-03Rev03基于SCALE2芯片组的IGBT驱动器的应用指南WinsonWei（魏炜）[e-mail]：186-8878-5868©CT-ConceptTechnologieAG-SwitzerlandPage1SCALE-2芯片组的介绍“SCALE-2”是CONCEPT公司开发的第二代基于IGBT驱动器的专用集成电路芯片组的名称。原方芯片对PWM信号进行调制，副方芯片进行解调，通过磁隔离副方芯片进行解调，通过磁隔离，把信号传送到高压侧。磁隔离的方式有磁环，平板变压器，未来还会有无核变压器。©CT-ConceptTechnologieAG-SwitzerlandPage2输入信号的处理方法（1）SCALE-2原方芯片有2个重要的特点：SC原方芯片有个重要的特点：1.芯片的带宽很高，可以响应极高频的信号。这样做可以使芯片组能支持IGBT驱动器的直接并联使用，以及支持IGBT这样做可以使芯片组能支持IGBT驱动器的直接并联使用，以及支持IGBT的串联使用，或者说，为IGBT串联提供一个重要的技术前提。2芯片的INA及INB的输入跳变电平比较低2.芯片的INA及INB的输入跳变电平比较低。虽然具有施密特特性，分别为2.6V及1.3V，但如果噪声超过了这个数值，驱动器也能响应。芯片如果收到噪声驱动器就能响应表现为驱动器在极短时间内连续对芯片如果收到噪声，驱动器就能响应，表现为驱动器在极短时间内连续对负载(电容)进行充放电，因此会表现为很重的负载，原方的DC/DC的mosfet会因为过载而发热甚至烧毁。因此我们在使用SCALE-2芯片时要注意它的特点，回避容易出现的噪声问题我们建议使用15V逻辑电平，且给INA及©CT-ConceptTechnologieAG-SwitzerlandPage3特点，回避容易出现的噪声问题。我们建议使用15V逻辑电平，且给INA及INB提供陡峭的跳沿。输入信号的处理方法（2）IGBT驱动器通常处于强电磁场环境，21SO1VDC一种常用的手法是窄脉冲抑制电路，但如果输入信号采用电缆传输，此时输入信号的处理需要比较谨慎。43567GNDSO2TBSCALE-2MODINAINAGNDVCCR1C1DriverCore种常用的手法是窄脉冲抑制电路，但在SCALE-2输入芯片中，我们不推荐使用右上图，请使用右下图。如果驱动器INA，INB前端使用长线进行传输，鉴8910INBGNDINBINAGNDR1C1前端使用线行传输于上页所述原因，窄脉冲抑制电路非常必要。这里需要选用施密特触发器(CD40106)，这样跳沿会陡峭。注意门12A2431SO2TBMODSO1INAVDCR1SC234B电路要就近接入INA，INB。CD4010656CCD401068910567INBGNDTBGNDINBINAINAGNDVCCGNDR1C1SCALE-2DriverCoreCD4010698DCD40106我们建议，电压信号进行长线传输时，最好使用15V电平。另外可以在接收端放置数值较小的下拉电阻，以减小输入阻抗，提高抗扰能力。CD4010610C1CD40106©CT-ConceptTechnologieAG-SwitzerlandPage4输入信号的处理方法（3）231VDCSO1MODSO2提高输入信号的信噪比。R3R24VCCGNDINA567MODGNDSCALE-2TBDriverCore鉴于SCALE-2输入信号的跳变电平比较低，可以在输入侧配置电阻分压网络，相当R389R210GNDINA7INBINBGND于提升了输入侧的跳变门槛，因此更难响应噪声。例如，输入信号为+15V电平，R2=3.3KΩ，R3=1KΩ，则开通门槛被提升至1118V，关断门槛提升至559V，前端驱动信号需要提供34mA的电流。11.18V，关断门槛提升至5.59V，前端驱动信号需要提供3.4mA的电流。©CT-ConceptTechnologieAG-SwitzerlandPage5报错信号的处理方法(1)由于报错信号SO的管脚直接连到ASIC中，其内部为漏极开路电路，因此这个管脚对噪声比较敏感如果有噪声进入管脚对噪声比较敏感。如果有噪声进入这个管脚，CMOS工艺的ASIC可能会出现闩锁效应，导致错误出现。如右图所示，上拉电阻R4放在控制器一侧，中间用长线连接至驱动器，在没有故障的情况下，SO管脚呈现高阻连接至驱动器，在没有故障的情况下，SO管脚呈现高阻状态。且连接线越长，SO脚对噪声越敏感。下面一页给出两种解决的办法。©CT-ConceptTechnologieAG-SwitzerlandPage6报错信号的处理方法(2)对于SO信号的处理，有以下方法：对于SO信号的处理，有以下方法：1.SO信号必须有明确的电位，最好就近上拉；2.SO信号经过长线传输时，可以考虑配合信号过长线传输时可以考虑配合门电路，以提高电压信号抗扰能力，且接收端要配合阻抗合适的下拉电阻；3.SO接10欧姆电阻，再用肖特基二极管做上下拉钳位保护；控制器端用电阻上拉注意事项：1.如果用二极管串联至SO信号取“或”，必须先上拉再取“或”，因为二极管平必须先上拉再取或，因为极管平常是开路的，SO信号电位不确定。2.SO是漏极开路电路，不同的SO可以直接短接进行“线与”。©CT-ConceptTechnologieAG-SwitzerlandPage7驱动器副边电源电压处理方法(1)SCALE2副边的电源电压是由ASICSCALE-2副边的电源电压是由ASIC处理出来的。副边DC/DC电源的输出电压大约为25V，由ASIC内部分成+15V及10V其中+15V是被稳成+15V及-10V，其中+15V是被稳压的，-10V是不稳的。VE管脚是芯片“造”出来的，内部是靠电流源来控制输出的电压源Viso是+15V2928272625Channel2COM2VE2VISO2GH2GL2Rload2928272625Channel2COM2VE2VISO2GH2GL2来控制输出的电压源。Viso是+15V，VE是0V，COM是-10V。因此VE管脚上的静态负载的程度对VE的内部稳压影响很大。VE管脚上吞Driver2SC0435T25242322ACL2REF2VCE2Driver2SC0435T25242322ACL2REF2VCE2内部稳压影响很大。VE管脚上吞吐的电流只有几个mA。REF1COM1VE1VISO1GH1GL1181716151413Channel1RloadREF1COM1VE1VISO1GH1GL1181716151413Channel1Rload因此，我们建议VE管脚上不要接任何静态负载。而Viso与COM之间可以接负载。©CT-ConceptTechnologieAG-SwitzerlandPage8ACL1VCE1131211ACL1VCE1131211COM之间可以接负载。驱动器副边电源电压处理方法(2)通常现在的设计中，在IGBT的门极与发射极之间会放置一个阻值大约在2K~10K的电阻。这个电阻的作用是在门极开路状态时，减小门极的阻抗，用以防止静电损坏门极。但实际上，在电路安装完成后，这个电阻就不再其作用了。如果安装IGBT的环节的防静电手段比较到位的话，并不用担心门极被静电打坏不用担心门极被静电打坏。VE是接在IGBT的发射极上的，根据上页的陈述，GE之间的电阻对于来说就是静态负载在芯片应用中这是不允许的于VE来说就是静态负载，在SCALE-2芯片应用中，这是不允许的。©CT-ConceptTechnologieAG-SwitzerlandPage9SCALE-2芯片的短路保护原理VISOxCOMxVCExVceMonitoringVCExACLxREFx+-VISOxRaxCaxRvcexBAS4160.6...1mA150uAVrefxFaultGLxRg(on)Rg(off)GHxVISOxRthxVcesatt(us)PWM电位为该示意图的参考点VExSCALE-2DriverCore(PartofOneChannelShown)COMxCOMx4.7kVE电位为该示意图的参考点1.当IGBT导通时，红点电位从-10V开始上升（内部mosfet把红点电位钳在10V）IGBT集电极电位下降至Vcesat最终红点也到达Vcesat；在-10V），IGBT集电极电位下降至Vcesat，最终红点也到达Vcesat；2.当IGBT短路后，IGBT会退出饱和区，此时蓝点电位迅速上升至直流母线电压，蓝点会通过电阻向红点充电，经过一段时间后（例如5us），红点电位会上升至绿点，比较器翻转，IGBT被关断。©CT-ConceptTechnologieAG-SwitzerlandPage10红点电位会上升至绿点，比较器翻转，IGBT被关断。SCALE-2的两种短路检测方法SCALE-2DiCVISOxCollector180RaxCax470D1DriverCoreD3VCExCOMxD2COMxSCALE-2的短路保护有2种检测方法，一种用二极管，一种用电阻。CollectorSCALE-2D1DriverCoreVCExVISOx，种用二极管，种用电阻。右上2图是针对2SC0435T，等RvcexCaxRaxVCExCOMx2SC0650P，1SC2060P等SCALE-2的驱动核。CollectorDriver180RaxCax4,7kD12SC0108TDlVCExGHxD22SC0108T比较特别，因为这个驱动器的管脚不够，所以检测办法与其他SCALE-2驱动核有些不同。见右DclVExVExDriverD1xGHx他SCALE2驱动核有些不同。见右下图。©CT-ConceptTechnologieAG-SwitzerlandPage11CollectorRvcexCax120kD1x2SC0108TVCExVEx屏蔽SCALE-2短路保护的方法29GH2GL2Rg,off2Gate24.7k右图所示方法可以屏蔽2827262524Channel2Rth2REF2COM2VE2VISO2GH2Rg,on2Emitter2D42D52D32C22C12所蔽SCALE-2的短路保护功能。但此方法不适用于2SC0108T。Driver2SC0435T242322ACL2VCE21kCollector220D22Racl2Cacl2D12VISO1GH1GL1Rg,off1Rg,on1Gate14.7kD51181716Cacl2Rth1ACL1REF1COM1VCE1VE11kCollector1Emitter1D41D311615141312Channel1C21C11ACL1Collector120D21Racl1Cacl1D1111©CT-ConceptTechnologieAG-SwitzerlandPage12屏蔽SCALE-2有源钳位功能的方法2928VISO2GH2GL2Rg,off2R2Gate24.7kD522726252423Channel2Rth2REF2COM2VCE2VE2VISO2Rg,on2120kCollector2Ca2Emitter2Rvce2C22C12D62屏蔽有源钳位的方法是将ACL管脚悬空即可。Driver47k2SC0435T2322ACL2N.C.VE1VISO1GH1GL1Rg,off1Rg,on1Gate14.7kEmitter1D5118171615Channel1C11Rth1ACL1REF1COM1VCE1120kCollector1Ca1514131211Rvce1C21D61N.C.©CT-ConceptTechnologieAG-SwitzerlandPage13光纤与SCALE-2驱动核的接口电路光纤与SCALE