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1、Your Imagination, Our Innovation Isolation Products Division Avago Technologies Confidential Page 1 设计完整和极具成本效益设计完整和极具成本效益的的 门极驱动系统门极驱动系统 20152015年年1 1月月 Your Imagination, Our Innovation Isolation Products Division Avago Technologies Confidential Page 2 培训内容培训内容 背景背景 门极驱动器门极驱动器 门极驱动光耦门极驱动光耦 ACPLACPL
2、- -302J302J 设计门极驱动器模块内的每个功能设计门极驱动器模块内的每个功能 小结小结 问答问答 Your Imagination, Our Innovation Isolation Products Division Avago Technologies Confidential Page 3 背景高压应用背景高压应用 电机驱动器电机驱动器 可再生能源可再生能源 电源电源 加热、通风和空气调节加热、通风和空气调节(HVAC)(HVAC) Your Imagination, Our Innovation Isolation Products Division Avago Technol
3、ogies Confidential Page 4 背景逆变器背景逆变器 控制器控制器 IGBT or Power MOSFETIGBT or Power MOSFET 门极驱动器门极驱动器 电机电机/ / 电网电网 绝缘绝缘 电机电机 逆变器逆变器 控制器控制器 Your Imagination, Our Innovation Isolation Products Division Avago Technologies Confidential Page 5 优点优点 缺点缺点 高集成度 容易使用容易使用 高成本高成本 $10 至 $50 大大 输出电流. 典型值 10 A 大型的大型的 非
4、标准封装 一体化 电源电源 人工人工 PCB组装 门极驱动器门极驱动模块门极驱动器门极驱动模块 门极驱动模块门极驱动模块 Your Imagination, Our Innovation Isolation Products Division Avago Technologies Confidential Page 6 门极驱动器门极驱动模块门极驱动器门极驱动模块 绝缘绝缘 BLANKING CURRENT SOURCE SOFT SHUT DOWN 保保护护 DESAT DETECTION ISOLATION 驱动驱动 IGBT IGBT 或功率或功率MOSFETMOSFET 控制器控制器
5、变压变压器器 ISOLATION 电电源源 驱动驱动 电机电机/ / 电网电网 ISOLATION 反反馈馈 Your Imagination, Our Innovation Isolation Products Division Avago Technologies Confidential Page 7 绝缘绝缘 控制器 IGBT 或功率MOSFET 逆变器 双极缓冲器 反馈 保护 BLANKING CURRENT SOURCE SOFT SHUT DOWN DESAT DETECTION HCPL-3120 反激反激 控制器控制器 变压器变压器 隔离型高侧电源隔离型高侧电源 门极驱动器分
6、立解决方案门极驱动器分立解决方案 电机电机/ / 电网电网 Your Imagination, Our Innovation Isolation Products Division Avago Technologies Confidential Page 8 门极驱动器门极驱动光耦门极驱动器门极驱动光耦 ACPLACPL- -302J302J Your Imagination, Our Innovation Isolation Products Division Avago Technologies Confidential Page 9 门极驱动光耦门极驱动光耦 ACPLACPL- -302
7、J302J Your Imagination, Our Innovation Isolation Products Division Avago Technologies Confidential Page 10 设计门极驱动器模块内的每个功能设计门极驱动器模块内的每个功能 20152015年年1 1月月 Your Imagination, Our Innovation Isolation Products Division Avago Technologies Confidential Page 11 门极驱动模块框图门极驱动模块框图 绝缘绝缘 BLANKING CURRENT SOURCE
8、 SOFT SHUT DOWN 保保护护 退饱和 检测 ISOLATION 驱动驱动 ISOLATION 反反馈馈 IGBT IGBT 或功率或功率 MOSFETMOSFET 控制器控制器 变压器变压器 ISOLATION 电电源源 驱动驱动 电机电机/ / 电网电网 1 2 3 Your Imagination, Our Innovation Isolation Products Division Avago Technologies Confidential Page 12 设计隔离设计隔离 ISOLATION 驱动驱动 1 直流链路电压直流链路电压 , V, VDC DC = 2 x V
9、= 2 x VNOM,RMS NOM,RMS x x 安全余量安全余量(%)(%) = 2 x 480 x 1.1 = 747V= 2 x 480 x 1.1 = 747V 标称供电电压标称供电电压, , V VNOM,RMS NOM,RMS 480V 480VRMS RMS 地区地区 标称供电电压标称供电电压, , V VNOM,RMS NOM,RMS 直流链路电压直流链路电压, V, VDC DC IGBT IGBT 分类等分类等 级级, V, VCES CES 增强型爬电增强型爬电 距离距离 ACPLACPL- -302J302J 绝缘特性 欧洲 240VAC 373V 600V 4mm
10、 工作电压工作电压, , V VIORM IORM = 1230V = 1230VPEAK PEAK 爬电距离爬电距离 8mm 8mm 电气间隙电气间隙 8mm 8mm 440VAC 684V 1200V 7mm 美国 246VAC 383V 600V 4mm 480VAC 747V 1200V 8m 日本 220VAC 342V 600V 4mm 440VAC 684V 1200V 7mm 中国 220VAC 342V 600V 4mm 380VAC 537V 1200V 7mm 增强型爬电增强型爬电= 100V= 100VDC DC/mm /mm Your Imagination, Our
11、 Innovation Isolation Products Division Avago Technologies Confidential Page 13 驱动设计驱动设计门极驱动电流门极驱动电流 ISOLATION 驱动驱动 1 驱动驱动 目标目标 帮助客户找到能够满足驱动电流要求的最合适的安华高门极驱动器最合适的安华高门极驱动器 如果要求的门极驱动电流较高，建议客户使用外部缓冲驱动器外部缓冲驱动器 Your Imagination, Our Innovation Isolation Products Division Avago Technologies Confidential Pa
12、ge 14 V V ns ns pF pF 1. 总线电压, VB 2. 门极-发射极电压, VC(GE) 3. 导通延时时间, td(on) 4. 上升时间, tr 5. 反向转移电容, Cres = CGC 6. 输入电容, Cies A 门极电门极电流流总和总和, I, Ig g 门极电流计算器门极电流计算器 来自应用笔记来自应用笔记ANAN1335:1335: 1000 计算 清除 21 300 200 170 10000 0.75286 Your Imagination, Our Innovation Isolation Products Division Avago Technol
13、ogies Confidential Page 15 来自IGBT 数据手册 客户工作条件 Cies = CGE + CGC 练习1：根据480V的HVDC总线电压和相对 Vee为15V的Vcc2，找出使用IKW20N60H3 IGBT时门极电流总和Ig和门极电阻Rg. IGBTIGBT数据手册例子数据手册例子: : 英飞凌英飞凌 IKW20N60H3 600V,20AIKW20N60H3 600V,20A Your Imagination, Our Innovation Isolation Products Division Avago Technologies Confidential P
14、age 16 IGBT VCES(V) IGBT IC(A) 推荐的门极驱动光耦推荐的门极驱动光耦 IOUT min (A) IOUT max (A) 600 阈值电压时，去饱和（退饱和）电路会缓慢地关断门 极输出信号(软关断) VCESAT IGBT 电电路参考自路参考自ACPL-302J 数据手册数据手册 设计保护和反馈设计保护和反馈 退饱和退饱和 保保护护 DESAT DETECTION ISOLATION 反反馈馈 3 保护 错误反馈 Your Imagination, Our Innovation Isolation Products Division Avago Technolog
15、ies Confidential Page 33 短路期间的软关断短路期间的软关断 电压尖峰与寄生电感有关 减小IGBT集电极-发射极之间的高压尖峰 软关断可以节省成本，因为可以最大限度地减少甚至消除缓冲 电路 曲线摘自应用笔记曲线摘自应用笔记53155315 L Ishort Vcc V=L di/dt IGBT 设计保护和反馈软关断设计保护和反馈软关断 保保护护 去饱和（退饱和） 检测 ISOLATION 反反馈馈 3 Your Imagination, Our Innovation Isolation Products Division Avago Technologies Confid
16、ential Page 34 设计保护和反馈主动钳位设计保护和反馈主动钳位 保保护护 DESAT DETECTION ISOLATION 反反馈馈 3 V=L di/dt 除了除了S/CS/C和过载外还有什么能破坏和过载外还有什么能破坏 IGBTIGBT？ 除了退饱和保护外，还能实现什除了退饱和保护外，还能实现什 么样的门极保护可以防止么样的门极保护可以防止IGBTIGBT损损 坏坏 引起VCE关断过压尖峰的原因： a)加载电感的反向电动势 b) 太快的dV/dt 太高功耗的原因是开关损耗 (加上功率MOSFET的传导损 耗) Your Imagination, Our Innovation Isolation Products Division Avago Technologies Confidentia
