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1、Technical training 2012-06-02 Rev 04 SCALE-2芯片组的功能介绍SCALE-2芯片组的功能介绍 Winson Wei （魏炜） CT-Concept Technologie AG - Switzerland Wei.weiigbt- Mobile：186-8878-5868 CT-Concept Technologie AG - SwitzerlandPage 1 SCALE-2 芯片组的特征 ?全定制专用集成电路(ASIC), 高电压数模信号混合, C-MOS技术 ?Compatible SCALE Cores and SCALE- Plug-and-
2、Play drivers ?延迟时间 80ns 4ns 抖动量 1ns?延迟时间 80ns 4ns, 抖动量 1ns ?比传统驱动器减少90%的元件 ?副方芯片内集成了 8A 的N沟道mosfet输出推动级, 外部可以并联N沟道双 mosfet将最大输出电流提升至60Amosfet将最大输出电流提升至60A ?副方芯片集成了先进的有源钳位(advanced active clamping- AAC) ?IGBT 短路保护 门极电压为+15V / 715V?门极电压为+15V / -7.-15V ?副边的+15V为稳压输出 ?原方ASIC集成了DC/DC控制器 S C中所有的输入及输出管脚都有静
3、电保护 (不需要外部元件)?ASIC中所有的输入及输出管脚都有静电保护 (不需要外部元件) ?副方ASIC有变压器接口及光纤接口两种版本 ?产品中装备了普通变压器或平板变压器 CT-Concept Technologie AG - SwitzerlandPage 2 磁隔离的IGBT驱动器的原理框图(2SC0108T) VDD1VEE1+DC-Link GH iVce vgxx Vdd INPTRPA Vdd INA Channnel 1 GND ref GL Vee Vss iref INNTRNA INA INB SOA Ondelay-HBmode VDD1VSS1 iVce Vdd D
4、CDC1 DCDC2 SOA SOB tb f VEE1 VSS1 VDD1 VDD2 VSS1 VSS2 VDD2VEE2Load ref GH GL vgxx iref INP INN TRPB TRNB Vss f iref ref VeeVss iref Channnel 2 GND VEE2 VSS2-DC-Link CT-Concept Technologie AG - SwitzerlandPage 3 SCALE-2原方芯片的照片(LDI) DC/DC 电源控制 电压基准 电源监控及短路保护管理DC/DC 电源控制 电压基准 5V 电源 电源监控及短路保护管理 Blocking
5、 Time 控制 DC/DC电源 推挽管1 变压器接口的 双向信号及逻 辑的控制 DC/DC电源 推挽管2 半桥模式控制 CT-Concept Technologie AG - SwitzerlandPage 4 B通道的信号变压器接口的推动级A通道的信号变压器接口的推动级 SCALE-2原方芯片介绍 1. SCALE-2原方芯片集成了DC/DC电源所需要的控制 电路以及1对用在推挽逆变电路上的Mosfet，如上图右电路以及1对用在推挽逆变电路上的Mosfet，如上图右 侧所示。 2. A,B通道的隔离信号变压器的推动级 3. 其他逻辑电路 CT-Concept Technologie AG
6、- SwitzerlandPage 5 副方芯片的原理框图 Add Power Supply Monitoring Vce Monitoring VCE VISO CO TD i Advanced Active Clamping IN ACL COM VISO Predriver Transformer Interface GL Turn-on Driver Rg(on) Rg(off) GH AUX Bootstrap Charge Pump GL Turn-off Driver AUX COM PredriverVee Control Vee SCALE-2 IGD CT-Concept
7、Technologie AG - SwitzerlandPage 6 SCALE-2 副方芯片的照片(IGD) 推动级关断 推动级开通 电源监控及短路保护管理 客户定制保留区 自举电路 Bootstrap 推动级关断 mosfet, 8A mosfet, 8A 电源监控及短路保护管理 客户定制保留区 Bootstrap Supply 光纤接口 开通驱动 变压器接口电荷泵 Charge P Vee控制 电压基准 Pump Vee 控制 CT-Concept Technologie AG - SwitzerlandPage 7 关断驱动 5V 电源有源钳位电路 温度及过程补偿 配备SCALE-2
8、芯片组的驱动器型号 驱动核（d i）驱动核（driver core）: 2SC0108T 2SC0435T2SC0435T 2SC0650P 1SC2060P 2SD300C17 即插即用驱动器（Plug & play driver）:即插即用驱动器（Plug & play driver）: 2SP0115T ( for Econodual3) 2SP0320T/V (for Primepack)(p) 1SP0635 (for 3.3kV, 140*130,140*190) 1SP0335 (for 4.5kV,6.5kV, 140*190) 副边稳压电路的介绍 驱动器原方的供电为+15V，
9、经过 DC/DC处理后得到+25V，这个电 压是开环的，这意味着，如果原方 +15V波动，这个+25V也会波动。 SCALE-2副边的ASIC将+25V分割成+15V及-10V，其中+15V是被稳压的 ，这是一个闭环电路，如果Viso与VE之间的电压不是+15V，则内部电流 会调整使得输出电压稳定在+15V；而-10V则是开环的，是不稳压的。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 是是+15V，VE是0V，COM是-10V。 这种稳压的方法与常见的用稳压二极管或者三端稳压电压电路是完全不 同的 CT-Concept Technologie AG - Swit
10、zerlandPage 9 同的。 副边电源欠压保护原理的介绍 在控制电掉电的过程中系统是非在控制电掉电的过程中，系统是非 常危险的，驱动器的掉电保护逻辑 是极其重要的。 在驱动器原方电压下降的过程中， 由于DC/DC电源是开环的，所以副 边的+25V会跟着下降VE和COM边的+25V会跟着下降，VE和COM 之间的-10V会跟随着下降，而Viso 与VE间的电压则被稳定在+15V； 如果与之间的电继续降至与之间的电有时芯片如果Viso与COM之间的电压继续下降至COM与VE之间的电压只有-5.5V时，芯片 会将这个-5.5V稳住，使之不再下降；同时，Viso与VE之间的+15V开始下降，这
11、个电压掉到+12V时，芯片报欠压保护。IGBT被关掉，且门极关断电压被维持在 5 5V-5.5V。 在驱动器掉电过程中，IGBT的关断电压要保持在至少-5.5V，这样做的原因 是因为大功率的IGBT都有较强的米勒效应，必须要有负压来保证其可靠关 断零压关断是不够安全的 CT-Concept Technologie AG - SwitzerlandPage 10 断，零压关断是不够安全的。 副边电源支撑电容的介绍(1) 驱动器电源的副边需要有驱动器DC/DC电源的副边需要有 支撑电容，其目的是为了稳定副 边的电压，以及为IGBT提供门极 电荷电荷。 IGBT的门极电荷量的数值是选择 支撑电容的最
12、重要的依据。 下面将陈述单次开通IGBT时电下面将陈述单次开通IGBT时，电 路中发生的变化。 在IGBT的门极被开通的过程中，门极电压从负压(-10V或-15V)提升到正压在IGBT的门极被开通的过程中，门极电压从负压( 10V或 15V)提升到正压 (+15V)，驱动器需要向IGBT门极注入数值为Qg的电荷量，如下图示，IGBT 的datasheet通常会给出-15V至+15V的Qg。 通常的IGBT模块根据容量大小，门极电荷量从几uC到几十uC不等。 CT-Concept Technologie AG - SwitzerlandPage 11 副边电源支撑电容的介绍(2) 门极电荷的意义
13、： 如右图示，C1，C2是副边电源的 支撑电容，当T1导通时，C1的电 荷通过T1流向IGBT的门极，当门 极的电压达到时流进门极极的电压达到+15V时，流进门极 的电荷量大约为Qg。这意味着， 在单次IGBT开通的过程中， IGBT的门极得到的电荷全部来IGBT的门极得到的电荷，全部来 自C1。 UCQ= 根据电荷守恒，门极得到的电荷，等于支撑电容贡献出来的电荷。 我们知道如下公式： 根据这个式子，我们可以知道，支撑电容在向门极提供电荷时，电压会出 现一定的下跌。 CT-Concept Technologie AG - SwitzerlandPage 12 副边电源支撑电容的介绍(3) 如果
14、使用SCALE-2的驱动器，门极电压的摆幅可能是23V (-8+15V， 2SC0108T)，或者是25V(-10+15V,2SC0435T)，根据具体型号不同有别。这里 还存在一个折算，因为IGBT的datasheet定义Qg时使用的门极电压摆幅为30V(- 15+15V)，如果不折算则计算结果裕量更大。当电容C1向门极充电时，C1要 电荷意味着的电会有跌落跌落的值贡献电荷量，这意味着C1的电压会有跌落，而跌落的幅值为： 1C Qg U = 1C 通常在驱动IGBT时，C1的电压会有些波动，是正常的。我们推荐，每1uC的门极 电荷对应3uF的电容量。如果在设计时按照这个推荐选电容，则电容电压
15、的跌落 值为1uC/3uF 0 33V值为：1uC/3uF=0.33V 电容最好是选贴片陶瓷电容，例如：1206/25V/X7R 电解电容由于有温度和寿命的问题，可靠性略差。 C1和C2的值不宜过大，否则在DC/DC电源启动时，原方的mosfet应力过大。 CT-Concept Technologie AG - SwitzerlandPage 13 用三极管构成的推动级电路的介绍(1) 右图是最常见的推动电路上管用NPN下管用右图是最常见的推动电路，上管用NPN，下管用 PNP，组成推挽放大电路。 优点： 正逻辑，简单，非常容易用。 缺点： 1.饱和导通时有0.7V的饱和压降；在做驱动器的推
16、动级时，损耗较大，在开关频率较高时，发热尤其 明显； 2 在峰值驱动电流较大时，三极管的CE电压降变得2.在峰值驱动电流较大时，三极管的CE电压降变得 较高，因此为了保证门极电压为15V，电源电压需 要设计为17V18V； 3 三极管响应速度较慢基极到发射极的反应时间3. 三极管响应速度较慢，基极到发射极的反应时间 稍长，在做有源钳位电路的反馈端通道时，显得有 点慢。 CT-Concept Technologie AG - SwitzerlandPage 14 用三极管构成的推动级电路的介绍(2) 右图的两个电路，在实际的 分立元件的电路中比较少见分立元件的电路中比较少见 ，但在集成电路中，这种电 路也比较常见。 在此仅供参考。 在的老代产在CONCEPT的老一代产 品2SD106AI及 2SD315AI中有这种电路 双PNP双NPN 2SD315AI中有这种电路 的应用。 CT-Concept Technologie AG - SwitzerlandPage 15 用MOSFEF构成的推动级电路
