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P-08-34 一,极限参数(T a =

2 5 ℃) 二,电气参数(T a =

2 5 ℃) PCB IGBT Driver PSHI 25W PSHI 25F 双路智能大功率 IGBT 驱动器 产品特点 PSHI 25可驱动全系列1700V IGBT PSHI 25W具有电缆信号连接 PSHI

25 F具有光纤信号接口 工作模式可选择半桥模式或两个单路模式 输入可兼容 CMOS(+ 15V)电平 通过检测VCE 提供短路保护 发生短路时,具有软关断功能 通过变压器(而非光耦)进行电气隔离 电源欠压保护(电源电压5 μ s)时故障记忆才会复位.

7,电源的标称电压值VS 为+15V,其波动范围应在14. 4V-15.6V 以内.要求电流不得小于 700mA(工作条件: 温度 =85℃,VS =15V) . 欠压保护 电路确保驱动 板不会在低于13V的供电电压下工作, 一旦供电电压小 于13V,系统将关断所有 IGBT 的输入信号.而过压则 不会被监测到. 8,隔离脉冲变压器用于传递开关信号.隔离测试电压 为4kV AC/1分钟. 控制侧与功率输出侧之间最大的dv/ dt 值为:75kV/ μ s. 9,输入信号为 CMOS(+ 15V)电平兼容(PSHI 25W) .该输入信号具有能抑制干扰脉冲的施密特触发 特性.输入的阈值为: ViT+ = 最小 12.9V ViT- = 最大 2.1V 10,工作温度范围 光纤接口 PSHI25F:0...+70℃ 常规型号 PSHI25W:Tamb= -25℃...+85℃. 11,常规信号延时时间为: 导通:1.0 + tTD 输入-输出 关断:1 μ s 输入-输出 错误:1 μ s 错误信号输入-错误信号输出 PSHI 25W;

PSHI 25F 12,为了优化开通和关断速度,外部电阻 RG 的阻值必 须根据所并联的模块的实际情况来选择.外部电阻 RG , REX 和RCX 必须安装在并联模块附近的一块电路板上, 板 子到各模块的连接线长度尽量相同.REX 的阻值为 0.5 Ω;

RCX 为47 Ω,RCX 的作用是在多只 IGBT 并联时限 制VCE监测输入端与直流母线之间直接构成回路, 并且 在VCE 监测 IGBT 短路时起到平均 VCEsat 的作用. 四.系统构成 电路系统构成如图 2. 系统由以下电路构成: 1,输入缓冲 输入缓冲为 CMOS 电平(+15V)兼容,并具有施 密特触发特征.而 F 型则有各自对应的光输入缓冲 器及故障输出电路来处理光电信号转换. 2,互锁电路 互锁电路可以避免在半桥模式下IGBT上下两管的其中 一支管子在另一只栅极电荷还没有完全释放前导通. 互 锁时间为 tTD =3.3 μ s. 3,短脉冲抑制 短脉冲抑制可以确保只允许把适当的触发信号传送给功 率输出缓冲器.500ns 以下的短脉冲信号被抑制. 4,故障监测 该电路用来监测系统通过脉冲变压器反馈过来的信息. 5,故障记忆 故障记忆由故障监测电路触发, 并且可以同时封锁双 路IGBT的导通脉冲. 只有当故障监测显示没有脉冲且两 个输入端均为低电平(>

5 μ s)时,故障复位才能得 以实现. 同时输出一个故障信号反馈给与控制板相连的 端子(PSHI25W 为集电极开路输出,并且必须要在客 户控制板上接一个外部上拉电阻) . 6,DC/DC- 变换器 驱动器内置高频 DC/DC 隔离电源,为 功率输 出 电路提供隔离电源,电源输出为+ 15V/-8V,电 源采用全桥整流、滤波及稳压电路,驱动器可与控制系 统使用相同电源(+ 15V) ,多路驱动器可以使用相同 的电源(+

1 5 V ) .

7 ,电源监测(欠压保护) 供电电压 VS 的最小值为 13V.一旦供电电压低于 13V,系统将启动故障监测并且封锁IGBT的开通脉冲. 8,脉冲变压器 铁氧体变压器 用于传递信号,可以实现双向传 输、高dv/dt,以及高的隔离电压(4kV,AC/1 分钟) , 同时还能消除500ns以下的短脉冲信号.脉冲变压器可 以将开通信号和关断信号传送给IGBT. 同时也可以通过 它将 VCE 监测中发现的故障信号传送回去. 北京普实鸿飞科技发展有限公司 010-62567686 www.pshfi.com P-08-36 PSHI 25W;

PSHI 25F X3 X1

1 5 X10 HFBR-

2521 HFBR-

1521 HFBR-

2521 BOTin Lighted=ON TOPin Lighted=ON ERROR-out DARK=ERROR 虚线部分为PSHI 25F C CE R CE C CE R CE R TD R TD R Goff R Gon R Goff R Gon

1 2

1 4- Φ 3.5

93 76 7.5 122.7 20.2

163 1, C TOP 4, G TOP 5, E TOP 6, C BOT 9, NC 10, NC 13, G BOT 14, E BOT X10 1,

15 V 2,

0 V X3 1,

0 V 2,

15 V 3, BOTin 4, ERROR 5, TOPin X1 图1, 安装 尺寸 以及连接器 位置示意 图4914 尺寸与管脚说明 北京普实鸿飞科技发展有限公司 010-62567686 www.pshfi.com P-08-37 PSHI 25W;

PSHI 25F

2 3

2 4

11 6

6 5

7 9

8 9

7 8 V CE 监测(过流保护)变压器隔离 软关断 软关断 功率输出 缓 冲器 互锁 VS 欠压检测 故障记忆 输入 缓 冲器 Vin TOP ERROR X1.

4 X1.

4 X1.

3 X1.

2 X3.

1 X1.

1 X3.

2 控制侧(原边) 功率输出侧(副边) Vs X10.

1 X10.

4 X10.

5 X10.

6 X10.

13 X10.

14 V CE 监测(过流保护)Vin BOT Vs +15V 0V -8V +15V 0V -8V Vs 功率输出 缓 冲器 Vs R Goff-SC R Goff-SC R CE R CE C CE C CE PSHI

25 原理图Rg Rcx Rcx Rcx Rex Rex Rex Rg Rg Rcx Rcx Rcx DC+ DC- 图2, PSHI

25 驱动器系 统构成 图TOP BOTTOM LOAD R gon R goff Rg Rex Rex Rex Rg Rg R gon R goff 输入 缓 冲器 系统构成 北京普实鸿飞科技发展有限公司 010-62567686 www.pshfi.com P-08-38 PSHI 25W;

PSHI 25F 9,高频电源变压器 10,辅助电源整流稳压器 11,功率输出单元 功率输出单元向IGBT门极提供开通与关断IGBT所需 的电流,功率输出级采用一对MOSFET为门极提供± 8A的峰值电流,从而提高了IGBT开通和关断的性能. 根据IGBT的不同的充电电荷以及开关频率, 需要选择 不同的RGON 以及RGOFF ,驱动器内置的RGON =0.6Ω;

RGOFF =1.8Ω电阻.用户必需把门极电阻RG 放置到紧 挨着IGBT门极安装的一小块PCB上面, 驱动器与IGBT 模块之间的连线应尽可能的短,而且必须采用双绞线. 请务必注意总的 RGon 与RGoff 都不得小于 1.5 Ω,否 则可能导致驱动板因过载而损坏. 12,VCE 监控 VCE 监控电路 负责短路监测,它在 IGBT 处于 导通状态时监测 IGBT 的集电极-发射极电压 VCE ,通过IGBT的集电极直接测量 VCEsat 来实现对短路故障的监 测. 当IGBT发生短路时, 它通过软关断电路关断IGBT 并封锁输出缓冲器, 同时发送一个信号到控制端的故障 记忆电路. 参考电压VCEref 可以根据IGBT开关特性进行动态调整, 当IGBT 关断时该值被复位.VCEref 不是静态的,而是 在IGBT导通瞬间开始大约从15V依照时间常数τ (受CCE 控制)以指数形式下降到 VCEstat (由RCE 决定) (参见图3).VCE 监测的阈值 VCEstat 是VCEref 的稳态值,受电阻RCE 控制, 可通过电阻RCE 来调整到IGBT所需要的最大值, 正常状态下它的取值应为VCEstat >

VCEsat , 最大不应超过 10V.VCEref 的延时时间受电容CCE 及电阻RCE 控制,它 控制 IGBT 导通后到 VCEstat 监测启动之间的盲区时间 td ead . 图3,VCE电压监控曲线Vref 以及IGBT导 通瞬间的VCE电压波形示意图 VCE VCEstat VCEsat t Vref 10V 15V

0 turn-on instant tdead V 为了避免误报故障,在IGBT 导通瞬间(这时的 VCE >

VCEref )必须要为VCEref 下降提供足够的盲区时间tdead , 因为VCE 信号监测的内部门槛值被限定在10V,当VCEref 下降到10V时 (即离开监测盲区tdead 后) 只要VCE >

VCEref , V C E 监控电路 即被触发并通过 软关断电路 关断 IGBT.正常工作状态和可能的故障模式如图 4. 通过调整盲区时间 tdead 可以调整 VCE 监控电路 的 监控灵敏度. PSHI

25 驱动器的出厂默认值为 VCEstat = 5.6V. RCE =18k Ω;

CCE =330pF. 注意:如果这个功能没有被使用,比如在实验性阶段(没 有接 IGBT ) ,VCE 监控器(X10.1;

X10.6)必须 分别与发射极输出端(X10.5,X10.14)连接在一 起,以避免可能的错误指示和必然的门极信号封 锁.13,软关断 一旦发生短路, 软关断电路用以减少因高di/dt和寄生 电感而产生的过电压, 故障时自动增加关断电阻延长关 断时间,降低电压过冲,提高 IGBT 的可靠性,使得 IGBT可以用在直流电压更高的场合. 软关断模式可以保 证当发生短路时软关断所有 IGBT.内置的软关断电阻 RGoff-SC =2.2 Ω. V VCE VCEstat VCEsat

15 10

5 0 tdead t 导通瞬间 VCEref 故障 图4b,运行过程中短路 V VCE VCEstat VCEsat

15 10

5 0 tdead t 导通瞬间 VCEref 图4a,正常工作 V VCE VCEstat VCEsat

15 10

5 0 tdead t 导通瞬间 VCEref 图4d,导通时短路 V VCE VCEstat VCEsat

15 10

5 0 tdead t 导通瞬间 VCEref 故障 图4c,导通过慢或盲区时间过短 故障 北京普实鸿飞科技发展有限公司 010-62567686 www.pshfi.com P-08-39 PSHI 25W;

PSHI 25F 五. 接口规范 1,输入信号电平(常规型号 PSHI25W) 输入的 PWM 信号为 CMOS 电平.正逻辑控制(高 电平为 IGBT 导通) . X1.5为上管IGBT控制信号, X1.3为下管IGBT控制信号. 2,故障输出(常规型号 PSHI25W) 故障信号的输出端X1.4为集电极开路输出, 高电平有 效,X1.

4 必须要接上拉电阻,上拉电路电压应小于 24V,灌入电流应该小于 6m A(见图 5) . 3,故障复位(常规型号 PSHI25W) 将X1.5与X1.3同时置低超过5微秒, 故障自动复位. ( 见图5)4,控制板与驱动板之间的连线(常规型号 PSHI25W) 应该尽量缩短控制板与驱动板之间的连线长度, 当连 线长度小于 50cm 时,采用普通的扁平电缆直接连接即 可.如果连线长度介于 50cm~100cm 之间时,信号线 需要使用双绞线或者采用屏蔽电缆,如果采用屏蔽电 缆, 屏蔽层可以接到X1.10,11,连接线长度不允许超过1 米. 强干扰的应用环境或更长的连线必须选用光纤连接 的PSHI 25F. 5,IGBT 并联的连接 如果需要获得大的功率输出, 就需要多只IGBT并联来 实现. 并联连接方式只推荐使用同类结构的正温度系数 的IGBT, 这样可以在没有任何辅助条件下得到正向温度 系数,从而达到完善的电流分配.要想得到一个优化的 电路并使得IGBT功能的完整体现需要特别注意以下方 面:每个IGBT必须要有独立的RG ,同时必须使用一个 辅助的发射极电阻 RE 和一个辅助的集电极电阻 RC .另外,电阻 RG ,Rex (0.5 Ω)和Rcx (47 Ω)必须安 放到并联模块附近一块附加的电路板上. 附加电路板到 各模块之间的引线长度尽可能的一致. (如图

2 ) . 六. 注意事项 1,驱动板的 CMOS 输入端对过电压及其敏感,信号电 压高于(VS +0.3V)或者低于-0.3V都有可能造成这些 输入端损坏. 因此要特别注意确认控制板的信号符合上 述要求,另外不用的管脚要与 GND 短接,避免悬空 管脚的出现,还要注意防静电击穿. 以下的 EMC 安全必须得到保证: 请确保控制信号的过电压值不超过以上数值. 在操作中一定要防静电. 2,驱动线与 IGBT 模块之间的连线应该尽可能短,而 且必须采用双绞线. 3,尽量减小杂散电感,可以采取各种吸收电路降低关 断过电压. 4,当第一次操作新型电路时,应该保证在开始时使用 低集电极电压和负载电荷,然后在使用中逐步增加. 并且可以通过示波器来测定IGBT及续流二极管的关断状 态和关断电压尖峰.同时,操作温度应该同样被监 测.如果电路工作正确,那么可以进行短路测试,并 且在低集电极电压时重新开通. 5,故障信号必须可靠返回到控制板,确保一旦发生故 障,及时关断IGBT.否则IGBT可能因为重复发生短路 故障而损坏. 6,图6为最大开关频率与充电电荷之间的关系

100 kHz

80 60

40 20

0 fmax

0 2

4 6

8 10 QG μC 禁止使用区 10μC

12 图6,最大开关频率与充电电荷之间的关系 Rc >

Vc / 6mA PSHI 25W >

5μs X1.1 X1.3 X1.5 X1.4 ERROR Vin TOP Vin BOT RESET ERROR Control Board Rc for high-logic Vc=+5…+24V 图5, 故障输出及故障复位接口参考图 北京普实鸿飞科技发展有限公司 010-62567686 www.pshfi.com ........