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1、自举式EDIF芯片在IT驱动电路中的应用SANY 标准化小组 #QS8QHH-HHGX8Q8-GNHHJ8-HHMHGN#自举式2ED020I12-F芯片在IGBT驱动电路中的应用驱动/自举/2ED020I12-F/IGBT1 引言随着电力电子技术的发展，各种开关器件如power MOSFET、IGBT （绝缘栅双极晶体管）等功率开关器件得到越来越广 泛的应用，同时各种开关器件的驱动芯片也同样得到了高度的重视。目前大多数的驱动集成电路采用直接驱动或隔离 驱动的方式。隔离驱动的集成驱动芯片，如EXB841系列、TLP250等，这种芯片的特点是只能驱动单个功率管，且每路 驱动都要一组独立的电源，增
2、加了电源电路和驱动电路设计的复杂性。德国英飞凌公司生产的2ED020I12-F驱动芯片 是一种双通道高压、高速电压型功率开关器件栅极驱动器，具有自举浮动电源，驱动电路简单，单片2ED020I12-F驱 动芯片可同时驱动逆变电路上下桥臂，三相桥式逆变电路仅用一组电源即可。使用2ED020I12-F驱动芯片可以减小装 置体积，降低成本，提高系统的可靠性。2 2ED020I12-F驱动芯片的内部结构和特点2ED020I12-F芯片内部结构如图1所示，其中包括：逻辑逻入、电平转换、欠电压保护、无核心变压器（CLT），一个 通用运算放大器和一个通用比较器。芯片采用上下桥臂分别独立供电，当VSH和VSL两
3、端电压均在13V18V之间时，驱动芯片正常工作，当两端电压低于 11V时，芯片内部启动欠电压保护；逻辑输入端采用施密特触发电路，提高抗干扰能力，输入逻辑电路与和5V的TTL 电平兼容；当/SD引脚为低电平时，InH和InL封锁脉冲，模块关闭信号输入；当InH和InL同时为高电平时，模块自 动检测到逻辑错误，关闭驱动芯片输出。通用的运算放大器和比较器可以用于逆变桥下桥臂IGBT的电流检测。为了保证信号传输时上下桥臂各通道相对独立，在芯片内部上桥臂端引入一个微小无核心变压器（CLT）作为上桥臂 和下桥臂之间的电气屏蔽层。信号在无核心变压器（CLT）一侧通过专门的编码发射器发送，在另一侧以相应的接收
4、器 恢复。通过这种方式，由GNDH （dVGNDH/dt或磁通量（d/ dT）的变化而产生的EMI可以得到很好抑制。为了补偿发 射器传输、无核心变压器和接收器所产生的传输延迟，在下桥臂引入了一个专用的传播延迟（Delay）。这种无核心变 压器的隔离方式不仅集中了光耦隔离和集成电平位移等方法的优点，而且避免了缺点。提供了可靠的电气隔离并且保 证了输入输出信号的传输。am iiInEI7fl1 blliidi Sidr叱by*AVol I iLKC图1 2ED020I12-F内部结构DC Link 1 弭 ” IfiYDtZETC2U12 FIII蔽 Signal Tjw SljnialMJ I
5、camVS! IGMISII图2 带外部保护的驱动电路3 2ED020I12-F驱动芯片典型电路工作原理2ED020I12-F驱动芯片的最大开关频率可以稳定的达到60kHz，所以它既可以驱动IGBT，又可以驱动场效应管MOSFET。所以2ED020I12-F驱动芯片的应用领域非常广泛，可以用于各种中小功率逆变电源，中小功率变频器以及电 机马达的驱动电路中。自举电路的设计自举电路也叫升压电路，通常由二极管和电容组成，利用自举升压电容存储电压，自举升压二极管防止电流倒灌，使 电容放电电压和电源电压叠加，从而使电压升高。自举二极管主要用于阻断直流干线上的高压，二极管承受的电流是栅极电荷与开关频率之积
6、。为了减少电荷损失，应选用反向漏电流小的快恢复二极管（高频二极管），例如IN4148、FR107等。自举电容的选择比较关键，下桥臂导通时给电容充电，当上桥臂导通时电容依靠自身存储的能量维持上桥臂栅极为高 电平。如果电容选取的过大，可能使下桥臂关断时电容两端还没有达到要求的电压；而电容选择较小则会导致电容存 储的能量不够维IGBT持栅源电压在上桥臂导通时间内为定值。有可能的话最好选择非电解电容，且电容应尽可能的靠 近芯片。有公式（1）计算所得的自举电容的值具有足够的稳定性。【_犷 _ I.F LU? * F(1)式中：Q门级电荷；GI 驱动器静态电流；QI 电解电容的漏电流；Lf 开关频率；sV
7、 电源电压；DDV自举二极管正向导通电压；FV IGBT下桥臂集射级电压差。CE一般情况下为保证自举电容将栅源电压持续一段时间，选电容容值为其最小值的10倍左右。低端驱动器能够耦合中等功率变换器的接地波动。但是，这里要求电路板上驱动芯片的GND引脚和GNDL引脚必须以 尽可能短的线连接，可以减小由于接点波动引起的压降。电流检测电路在变频调速系统中，电流检测电路常用来在电动机系统短路或者过电流是进行保护，可见在一个变频调速系统中电流 检测是尤为重要的。2ED020I12-F驱动芯片本身具有一个通用运算放大器和一个通用电压比较器，可以很容易得到一个 过电流检测的电路。首先通过采样电阻Rsh将电流信
8、号转换成电压信号，通过R、C组成的RC滤波电路将电流检测信37号Vin送入运算放大器的正向输入端（0P+），运放输出：V =（1+R/R）V（2）0P65 in这里要求运放的放大倍数至少为10,运放才能取得比较好的放大效果。一般取R=10R。电流检测信号经运放放大后65输入通用比较器的正向输入端，通用比较器的负向输入端外接一个参考电压，当比较器的正向输入电压小于负向输入 电压时，比较器输出为低电平，比较器输出与芯片的/SD引脚相连，/SD为低电平有效，此时为非过流状态， 2ED020I12-F正常工作；当比较器的正向输入电压大于负向输入电压时，比较器输出为高电平，/SD无效，2ED020I12
9、- F芯片启动内部保护功能，封锁输出脉冲，OUTH和OUTL端口均无驱动信号输出，上下桥臂IGBT均关断，变频调速系 统停机不工作，从而起到保护的效果。负压电路 在大功率IGBT的驱动场合，驱动芯片各路电源相互独立，集成驱动芯片一般都有产生负压的功能，即在IGBT关断时 在IGBT的栅极加负电压，一般为-5V或-8V。作用是为了增强IGBT关断的可靠性，防止由于密勒效应而造成的IGBT误 导通。2ED020I12-F驱动芯片本身并不具备产生负压的功能，但是可以通过几个简单的无源器件构成一个产生负压的电 路。如图2所示，在上下桥臂的驱动电路中加上一个由电容和5V稳压管并联组成的负压电路。工作原理
10、为，电源电压为18V，电源通过电阻R7给电容C6充电，电容C6两端电压为+5V。当InL输入为高电平时，OUTL输出为高电压18V,这 时加在下桥臂Q栅极上的电压为18V-5V=13V,IGBT正常道通。当InL输入为低电平时，OUTL输出为0V，此时栅极上2的电压为一5V，实现了关断时产生负压。同理对于上桥臂，当InH为高电平时，OUTH输出为18V,加在Q1栅极上的电 压为13V；当InH为低电平时，OUTH输出为OV, Q1栅极电压为-5V。由于IGBT为电压型驱动器件，所以电容C5、C6 上 的电压波动较小，基本维持在5V不变，自举电容上的电压也维持在18V,只有在下桥臂Q2导通的瞬间
11、有一个很短暂的 充电过程，电容C5的冲充电过程也在此时完成。这里电容C5、C6 一般要大于IGBT栅极的栅极输入的寄生电容。此负 压电路与一般带负压的驱动芯片产生负压的原理相同，直流母线上会叠加5V的直流电压。其它抗干扰措施在InH、InL、/SD引脚信号输入端分别各接一个680pF的旁路电容，电容里驱动芯片要尽量近，这样可以有效的去处 输入信号中的干扰。通过合理布线、降低器件安装高度等减小寄生参数，采用增加自举电容、给自举二极管串接一个 电阻等方式改善局部退耦，可以减小GNDH脚瞬间负偏压。糯洞耐 TechiiohsT1JE JAN 1?訂羞於 29 诽E 2.0DV/ Q 2.00V/ .
12、0率 心聽 .0001/ 申止 卡 | 0.DV图3 2ED020I12-F驱动芯片输出PWM信号Q 5(.吆Agiiloil Tech n4lD|iaiiTUEJAN 12 記 34 規 201Q通也2栄c- u is IB oar/ 巨为 t | dov图 4 带负载时变频电源输出波形图4 应用示例在小功率逆变电源的设计中，用2ED020I12-F驱动芯片组成逆变桥IGBT的驱动电路。当逆变电源开始工作时，如图3 所示为驱动芯片输出的PWM信号，图4为变频电源输出波形（为测量方便，这里取变频电源输出电压实际值的1/4）。实验结果表明，当输入电压幅值在330V480V变化时，负载由08A变化的各种情况下，输出电压为Vo=220V,误差保 持在5%内。由以上波形可以看出，在带负载的情况下，变频电源交流输出波形稳定，说明由2ED020I12-F驱动芯片组 成的驱动电路工作正常。5 结束语集成功率驱动芯片2ED020I12-F具有优良的驱动性能，扩展性好，可同时驱动同一桥臂的上下两个开关器件，极大的 简化了 IGBT等开关器件的驱动电路的设计，提高系统的可靠性。李玉 锋 王钦若多请访问：
