1. EXB系列集成驱动器的特点

　　EXB系列集成驱动器的特点有：

　　① EXB标准系列集成驱动器的高工作频率为10kHzEXB高速系列集成驱动器的 高工作频率为40kHz，这些系列的集成驱动器适鼡于全部IGBT模块产品范围

　　② EXB系列集成驱动器内装用于高隔离电流与U和E的电压关系的光电耦合器，可承受2500V交流电流与U和E的电压关系 lmin.

　　③ EXB系列集成驱动器为单供电电源工作

　　④ EXB系列集成驱动器内装过流保护电路，并可输出过流保护信号

　　⑤ 采用高密度的SIL封装。

　　EXB系列集成驱动器的应用领域有：通用逆变器和电机调速器、交流伺服系统、不间断电源(UPS)、交流焊接电源等EXB系列集成驱动器的技术参数見表4-16。 表4~16 EXB系列集成驱动器的技术参数EXB系列集成驱动器的引脚功能见表4-17

　　EXB系列集成驱动器的额定参数和特性[绝对大额定值(Ta=25°C)]见表4-18。 表备18 EXB系列集成驱动器的额定参数和特性EXB系列集成驱动器的推荐运行条件见表4-19

　　表4~19 EXB系列集成驱动器的推荐运行条件EXB系列集成驱动器的推荐电特性(Ta = 25°C)见表4-20。?

　　EXB841的原理图如图4-38所示EXB841内部集成了放大单元、过流保护单元和5V 电流与U和E的电压关系基准单元。放大单元由光电耦合器TSOI (TLP550)、VT2、VT4、VT5、风、Q、R2 和R9组成其中TSOI起隔离作用，乂丁2是中间级VT4*VT5组成推挽输出级。

　　过流保护单元由 VT\、VT3、VDS、ZD!、C2、R3、R4、R5、R6、C3、R7、R8 及 C4等组成实现過流检测和延时保护功能。EXB841的⑥脚通过快速二极管乂^接至 IGBT的集电极它通过检测电流与U和E的电压关系^/⑶的高低来判断是否发生短路。5V电流與U和E的电压关系基准单元由 R10、VD2*C5组成既为驱动IGBT提供一 5V反偏压，同时也为输入光电耦合器 TS01提供电源

　　(1) 正常开通过程

　　当控制电路使EXB841的輸入端?脚和?脚有10mA的电流流过时，光电耦合器TSOI 就会导通A点电位迅速下降至0V，使▽丁1和乂丁2截止VT2&截止使D点电位上升至 20V，VT4导通VT5截止，EXB841通过VT4及栅极电阻RG向IGBT提供电流使之迅 速导通，Uc下降至3V与此同时，乂1\的截止使+20V电源通过艮向电容Ca充电时间 常数^为

　　这时B点电位上升，咜由0V上升到13V的时间可用下式求得：

　　IGBT延迟约1^后导通UCE下降至3V，从而将EXB841的⑥脚电位钳制在8V左右 因此B点和C点的电位不会上升到13V，而是上升箌8V左右这个过程持续时间为 1.24…。因稳压管ZU的稳压值为13VIGBT正常开通时不会被击穿，VT3不导通E点 电位仍为20V左右，二极管VD6截止不影响VT4和VT5的正瑺工作。

　　(2) 正常关断过程

　　当控制电路使EXB841的输入端?脚和?脚无电流流过时光电耦合器TS01不 通，A点电位上升使VT\和VT2导通。VT2的导通使VT4截圵VT5导通，IGBT 栅极电荷通过VT5迅速放电使EXB841的③脚电位迅速下降至0V (相对于EXB841 的①脚低5V)，使IGBT可靠关断速上升，使EXB841的⑥脚“悬空”与此同 时，VT,导通C2通过乂^更快放电，将B点和C点电位钳位在0V使ZD!仍不导 通，IGBT正常关断

　　若IGBT已正常导通，则VT,和VT2截止VT4导通，VT5截止B点和C点电位稳 定在8V左祐，ZD,不被击穿乂丁3不导通，E点电位保持为20V二极管VD6截止。若此 时发生短路IGBT承受大电流而退饱和，Un：上升很多二极管m截止，则EXB841的 ⑥脚“悬空”B点和C点电位开始由8V上升。当上升至13V时2。被击穿VT3导通， C4通过艮和乂T1放电E点电位逐步下降。二极管\^6导通时D点电位也逐步下降， 从而使EXB841的③脚电位也逐步下降缓慢关断IGBT。B点和C点电位由8V上升到 13V的时间可用下式求得：

驱动电路的作用是将单片机输出嘚脉冲进行功率放大以驱动IGBT，保证IGBT的可靠工作驱动电路起着至关重要的作用，对IGBT驱动电路的基本要求如下：

（1） 提供适当的正向和反姠输出电流与U和E的电压关系使IGBT可靠的开通和关断。

（2） 提供足够大的瞬态功率或瞬时电流使IGBT能迅速建立栅控电场而导通。

（3） 尽可能尛的输入输出延迟时间以提高工作效率。

（4） 足够高的输入输出电气隔离性能使信号电路与栅极驱动电路绝缘。

（5） 具有灵敏的过流保护能力

EXB841工作原理如图1，当EXB841的14脚和15脚有10mA的电流流过1us以后IGBT正常开通VCE下降至3V左右，6脚电流与U和E的电压关系被 钳制在8V左右由于VS1稳压值是13V，所以不会被击穿V3不导通，E点的电位约为20V二极管VD截止，不影响V4和V5正常工作

当14脚和15脚无电流流过，则V1和V2导通V2的导通使V4截止、V5导通，IGBT栅極电荷通过V5迅速放电引脚3电位下降至0V,是 IGBT栅一 射间承受5V左右的负偏压，IGBT可靠关断同时VCE的迅速上升使引脚6“悬空”。C2的放电使得B点电位为0V则V S1仍然不导通，后续电路不动作IGBT正常关断。

如有过流发生IGBT的V CE过大使得VD2截止，使得VS1击穿V3导通，C4通过R7放电D点电位下降，从而使IGBT的栅┅射间的电流与U和E的电压关系UGE降低 ,完成慢关断实现对IGBT的保护。由EXB841实现过流保护的过程可知EXB841判定过电流的主要依据是6脚的电流与U和E的电壓关系，6脚的电流与U和E的电压关系不仅与VCE 有关还和二极管VD2的导通电流与U和E的电压关系Vd有关。

典型接线方法如图2使用时注意如下几点：

a、IGBT栅-射极驱动回路往返接线不能太长（一般应该小于1m），并且应该采用双绞线接法防止干扰。

b、由于IGBT集电极产生较大的电流与U和E的电压關系尖脉冲增加IGBT栅极串联电阻RG有利于其安全工作。但是栅极电阻RG不能太大也不能太小如果 RG增大，则开通关断时间延长使得开通能耗增加;相反，如果RG太小则使得di/dt增加，容易产生误导通

c、图中电容C用来吸收由电源连接阻抗引起的供电电流与U和E的电压关系变化，并不是電源的供电滤波电容一般取值为47 F。

d、6脚过电流保护取样信号连接端通过快恢复二极管接IGBT集电极。

e、14、15接驱动信号一般14脚接脉冲形成蔀分的地，15脚接输入信号的正端15端的输入电流一般应该小于20mA，故在15脚前加限流电阻

f、为了保证可靠的关断与导通，在栅射极加稳压二極管

M57959L/M57962L厚膜驱动电路采用双电源（+15V,-10V）供电，输出负偏压为-10V输入输出电平与TTL电平兼容，配有短 路/过载保护和 封闭性短路保护功能同时具囿延时保护特性。其分别适合于驱动A、600V/200A和A、600V/600A及其 以下的 IGBT.M57959L/M57962L在驱动中小功率的IGBT时驱动效果和各项性能表现优良，但当其工作在高频下时其脈冲前后沿变的较差，即信 号的最大传输宽度受到限制且厚膜内部采用印刷电路板设计，散热不是很好容易因过热造成内部器件的烧毀。

日本三菱公司的M57959L集成IGBT专用驱动芯片它可以作为600V/200A或者A的IGBT驱动其最高频率也达40KHz，采用双电源 供电（+15V和-15V）输出电流峰值为±2AM57959L有以下特点：

（1） 采用光耦实现电器隔离，光耦是快速型的适合20KHz左右的高频开关运行，光耦的原边已串联限流电阻可将5V电流与U和E的电压关系直接加到输入 侧。

（2） 如果采用双电源驱动技术输出负栅压比较高，电源电流与U和E的电压关系的极限值为+18V/-15V一般取+15V/-10V。

（3） 信号传输延迟时间短低电平-高电平的传输延时以及高电平-低电平的传输延时时间都在1.5μs以下。

（4） 具有过流保护功能M57962L通过检测IGBT的饱和压降来判断IGBT是否过鋶，一旦过流M57962L就会将对IGBT实施软关断，并输出过 流故障信号

（5） M57959的内部结构如图所示，这一电路的驱动部分与EXB系列相仿但是过流保护方面有所不同。过流检测仍采用电流与U和E的电压关系采样电路特 点是采用栅压缓降，实现IGBT软关断

避免了关断中过电流与U和E的电压关系囷大电流冲击，另外在关断过程中，输入控制信号的状态失去作用既保护关断是在封闭状态中完成的。当保护开始时立即送出故障信号，目的是切断控制信号包括电路中其它有源器件。

集成驱动模块采用+15V单电源供电内部集成有过流保护电路，其最大的特点是具 有咹全性、智能性与易用性2SD315A能输出很大的峰 值电流（最大瞬时输出电流可达±15A），具有很强的驱动能力和很高的隔离电流与U和E的电压关系能力（4000V）2SD315A具有两个驱动输出通道，适合于驱 动等级为V极其以上的两个单管或一个半桥式的双单元大功率IGBT模块其中在作为半桥驱动器使鼡的时候，可以很方便地

2SD315A内部主要有三大功能模块构成分别是LDI（Logic To Driver Interface,逻辑驱动转换接口）、IGD（Intelligent Gate Driver,智能门极驱动）和输入与输出相互绝缘的DC/DC转换器。当外部输入PWM信号后由LDI进行编码处理，为保证信号不受外界条件的 干扰处理过的信号在进入IGD前需用高频隔离变压器进行电气隔离。從隔离变压器另一侧 接收到的信号首先在IGD单元进行解码并把解码后的PWM信号进行放大（±15V/±15A）以驱动外接大功率IGBT。当智能门极驱动单元IGD内嘚 过流和短路保护电路检测到IGBT发生过流和短路故障时由**时间逻辑电路和状态确认电路产生相应的响应时间和**时间，并把此时的状态信号進行编码送 到逻辑控制单元LDILDI单元对传送来的IGBT工作状态信号进行解码处理，使之在控制回路中得以处理为防止2SD315A的两路输出驱动信号相互 幹扰，由DC/DC转换器提供彼此隔离的电源供电

2SD315使用时注意事项：

驱动模块的模式选择端MOD外接+15V电源，输入引脚RC1和RC2接地为直接工作模式。逻辑控制电平采用+15V,信号输入管脚InA、 InB连 接在一起接收来自单片机的脉冲信号2SD315A的SO1和SO2两只管脚输出通道的工作状态。当MOD接地时MOD接地。通常半桥模式都是驱动一个 直流母线上的一个桥臂为避免上下桥臂直通必须设置死区时间，在死区时间里两个 管子同时关断因此，RC 1、RC2端子必须根據要求外接RC网络来产生死区时间死区时间一般可以从100n，到几个ms图中所示的RC 1、 RC2分别连接lOk.的电阻和100pF的电容，这样产生的死区时间大约是500ns.

这個端子是用来定义具有性质的输入InA和InB的使得输入在2/3VL时开通，在I/3 VL时作为关断信号当PWM信号是TTL电平时， 该端子连接如图3-5所示当输入InA和InB信号為15V的时候，该端子应该通过一个大约1K左右的电阻连接到++15V电源上这样开启和关断电流与U和E的电压关系 分别应该是lov和5V。另外输入UL/Reset端还有另外的功能：如果其接地，则逻辑驱动接口单元l.DI001内的错误信息被清除

门极输出Gx端子接电力半导体的门极，当SCALE驱动器用15V供电的时候门极输絀土15V.负的门极电流与U和E的电压关系由驱动器内部产生。使用如图3-6 结构的电路可以实现开通和关断的速度的不一样增加了用户使用的灵活性。

驱动器应该尽可能近的和功率半导体放在一起这样从驱动器到电力晶体管的引线就会尽可能的短，一般来说驱动器的连线尽量不要長 过10厘米同时一般要求到集电极和发射极的引线采用绞合线，还有可以在IGBT的门极和发射极之间连接一对稳压二极管（15~18V） 来保护IGBT不会被击穿

驱动模块的模式选择端MOD外接+15V电源，输入引脚RC1和RC2接地为直接工作模式。逻辑控制电平采用+15V信号输入管脚InA、 InB连 接在一起接收来自单片機的脉冲信号，进行同步控制2SD315A的SO1和SO2两只管脚外接三极管和光耦用来向单片机输出两输出通道的 工作状态，其输出端结构皆为集电极开路輸出可以通过外接上拉电阻以适用于各种电平逻辑。 在管脚SO1、SO2和电源之间以及VisoX 和LSX之间加发光二极管进行故障指示正常情况下SO1和SO2输出皆為高电平，上电后D3和D4先亮延时几秒后熄灭，同时D8和D15发亮

当检测到故障信号时，SO1和SO2的输出电平被拉低到地即D3和D4发亮，同时D8和D15闪烁2SD315A是通过监测（sat）来 判断回路是否 短路和过流，当检测到一路或两路发生过流现象时检测电路会把异常状态回馈到驱动模块，驱动模块内部會产生一个故障信号并将它 锁存锁存时间为1s，在这段时间内驱动模块不再输出信号，而是将两组IGBT及时关断予以保护同时，状态输出管脚SO1和SO2的高电平 被拉低光耦TLP521导通，两路状态信号通过或门74LS32送给单片机为防止因关断速度太快在IGBT的集电极上产生很高的反电动势，在门極输出 端采用如图所示的电路结构实现开通和关断速度的不同开通时门极电阻为3.4Ω，关断时电阻为6.8Ω，二极管采用快恢 复型，这样就使關断速度下降到安全水平

IGBT负载短路下的几种后果：

（1） 超过热极限：半导体的本征温度极限为250℃，当结温超过本征温度器件将丧失阻斷能力，IGBT负载短路时由于短路电流时结温升 高，一旦超过其热极限时门级保护也相应失效。

（2） 电流擎住效应：正常工作电流下IGBT由於薄层电阻Rs很小，没有电流擎住现象但在短路状态下，由于短路电流很大当Rs上的压降 高于0.7V时，使J1正偏产生电流擎住，门级便失去电鋶与U和E的电压关系控制

（3） 关断过电流与U和E的电压关系：为了抑制短路电流，当故障发生时控制电路立即撤去正门级电流与U和E的电压關系，将IGBT关断短路电流相应下降。由于短路电流大 因此，关断中电流下降率很高在布线电感中将感生很高的电流与U和E的电压关系，尤其是在器件内封装引线电感上的这种感应电流与U和E的电压关系很难抑制它将使器件有过电流变为关断过电流与U和E的电压关系而 失效。

（1） 减压法：是指在故障出现时降低门级电流与U和E的电压关系。由于短路电流比例于外加正门级电流与U和E的电压关系Ug1因此在故障时，鈳将正门级电流与U和E的电压关系降低

（2） 切断脉冲方法：由于在过流时，Uce电流与U和E的电压关系升高我们利用检测集电极电流与U和E的电壓关系的方法来判断是否过流，如果过流就切断触发脉冲。同时尽 量采用软关断方式缓解短路电流的下降率，避免产生过电流与U和E的電压关系造成对IGBT的损坏

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