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五辛
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One Technology Way P.O. Box 9 Norwood, MA -9, U.S.A. Tel: 78.9.7 Fax: 78.. www.analog.

1 One Technology Way P.O. Box 9 Norwood, MA -9, U.S.A. Tel: Fax: 将 ADuM 栅极驱动器与 Microsemi APTGT7ATG V IGBT 模块配合使用作者 :Martin Murnane 简介绝缘栅极双极性晶体管 (IGBT) 是适用于高压应用的经济高效型解决方案, 如车载充电器非车载充电器 DC-DC 快速充电器开关模式电源 (SMPS) 应用开关频率范围 : 直流至 khz IGBT 可以是单一器件, 甚至是半桥器件, 如为图所示设计选择的本所述设计中的 APTGT7A IGBT 是快速沟槽器件, 采用 Microsemi Corporation 专有的视场光阑 IGBT 技术该 IGBT 器件还具有低拖尾电流高达 khz 的开关频率, 以及由于对称设计, 具有低杂散电感的软恢复并联二极管选定 IGBT 模块的高集成度可在高频率下提供最优性能, 并具有较低的结至外壳热阻使用 ADI 公司的栅极驱动技术驱动 IGBT ADuM 栅极驱动器是一款单通道器件, 在 > V 的工作电压下 (VDD 至 VSS), 典型驱动能力为 7 A 源电流和灌电流该器件具有最小 kv/μs 的共模瞬变抗扰度 (CMTI) ADuM 可以提供高达 V 的正向电源, 因此,± V 电源足以满足此应用 7- 图. ADuM 栅极驱动器模块 Rev. Page of

2 目录简介... 修订历史... 测试设置... 电气设置... 测试结果... 无负载测试... 开关 IGBT 的性能图... 负载测试... 开关 IGBT 的性能图和无负载测试... 7 高电流测试... 8 开关 IGBT 的性能图和负载测试... 9 去饱和测试... 应用原理图... 结论... 修订历史 9 年月修订版 : 初始版 Rev. Page of

测试设置电气设置 HV+ T 系统测试电路的电气设置如图所示直流电压施加于半桥两端的输入,9 µf (C) 的解耦电容添加到输入级输出级为 µh (L) 和 µf (C) 的电感电容 (LC) 滤波器级, 对输出进行滤波, 传送到 Ω 至 Ω 的负载 (R) 表详述了测试设置功率器件 U 是用于 HV+ 和 HV 的直流电源,T 和 T 是单个 IGBT 模块 U HV C T L C

3 测试设置电气设置 HV+ T 系统测试电路的电气设置如图所示直流电压施加于半桥两端的输入,9 µf (C) 的解耦电容添加到输入级输出级为 µh (L) 和 µf (C) 的电感电容 (LC) 滤波器级, 对输出进行滤波, 传送到 Ω 至 Ω 的负载 (R) 表详述了测试设置功率器件 U 是用于 HV+ 和 HV 的直流电源,T 和 T 是单个 IGBT 模块 U HV C T L C R 7- 完整电气设置如图所示, 表详细列出了测试中使用的设备图. 系统测试电路的电气设置表. 测试设置功率器件设备 IGBT 模块,T,T U 电容 C 电感 L 电容 C 负载电阻 R 值 APTGT7ATG V 至 9 V 9 μf μh μf Ω 至 Ω 表. 完整设置设备设备制造厂商产品型号示波器 Agilent DSO-X A, MHz 直流电源 Delta Elektronika SN-AR-( 两个串行 ) 栅极驱动器板 WATT&WELL ADUM-WW-MS- SN 波形发生器 Agilent A 电流探针 Hioki 7 电流探针 Hioki 7 无源电压探针 Keysight N87A, MHz 无源高电压探针 Elditest GE, MHz 高压差分探针 Tektronix P 高压差分探针 Testec TT-SI 9 热摄像头 Optris PI DC SUPPLY DC POWER SUPPLY HV+ L OSCILLOSCOPE WAVEFORM GENERATOR C R HV+ 7- 图. 栅极驱动器配电板测试的连接图 Rev. Page of

4 测试结果无负载测试在无负载测试设置中, 在模块输出端汲取低输出电流在此应用中, 使用一个 Ω 的电阻表显示无负载的电气测试设置的重要元件, 且负载内的电流低表显示在模块上观察到的温度表和表总结了所观察到的结果图至图显示各种电压和开关频率上的开关波形的测试结果如表中所示, 测试和测试在 V 电压下执行测试在 khz 开关频率下执行, 测试在 khz 开关频率下执行测试在 9 V 电压下执行, 开关频率为 khz 图显示无负载测试的电气设置 HV+ T U C T HV 7- 图. 无负载测试的电气设置表. 无负载测试, 对应插图测试直流电压,V DC,(V) 开关频率,f SW,(kHz) 占空比 (%) I IN (A) 参考图.7 图和图. 图 7 和图图 9 和图 V DC 是 HV+ 和 HV 电压 I IN 表示通过 U 的输入电流表. 无负载测试, 温度总结温度 DC-DC 电源温度栅极驱动器温度测试 V DC (V) f SW (khz) 环境 ( C) 散热器 ( C) 高边 ( C) 低边 ( C) 高边 ( C) 低边 ( C) 所有温度都通过热摄像头记录从变压器测得 Rev. Page of

5 开关 IGBT 的性能图此部分测试结果显示不同目标电压下的开关波形, 其中 f SW = khz 和 khz V DS 是漏极 - 源极电压,V GS 是栅极 - 源极电压 CH.V CH V A CH.V 7- CH.V CH V A CH.V 7-8 图. V DC = V,f SW = khz, 无负载图 8. V DC = V,f SW = khz, 无负载 CH.V CH V A CH.V 7- CH.V CH V A CH.V 7-9 图. V DC = V,f SW = khz, 无负载图 9. V DC = 9 V,f SW = khz, 无负载 CH.V CH V A CH.V 7-7 CH.V CH V A CH.V 7- 图 7. V DC = V,f SW = khz, 无负载图. V DC = 9 V,f SW = khz, 无负载 Rev. Page of

6 负载测试测试配置类似于图所示的测试设置表总结了观察到的结果, 图至图显示各种电压频率和负载下的测试性能和结果测试在 V khz 开关频率下执行, 占空比为 % 测试在 V khz 开关频率下执行, 占空比为 % 测试在 9 V khz 开关频率下执行, 占空比为 % 表. 负载测试测试 V DC (V) f SW (khz) 占空比 (%) I OUT (A) V OUT (V) P OUT (W) I IN (A) 参考图图和图图和图图和图 I OUT 是负载电阻 R 中的输出电流 V OUT 是 R 两端的输出电压 P OUT 是输出功率 (I OUT V OUT ) Rev. Page of

7 开关 IGBT 的性能图和无负载测试此部分测试结果显示 f SW = khz 和 khz 的不同目标电压下的开关波形 CH.V CH.V A CH.V 图. V DC = V,f SW = khz,p OUT = 9. W 7- CH.V CH V A CH.V 图. V DC = V,f SW = khz,p OUT = 79. W 7- CH.V CH V A CH.V 图. V DC = V,f SW = khz,p OUT = 79. W 7- CH.V CH V A CH.V 图. V DC = 9 V,f SW = khz,p OUT 9. W 7- CH.V CH.V A CH.V 图. V DC = V,f SW = khz,p OUT = 9. W 7- CH.V CH V A CH.V 图. V DC = 9 V,f SW = khz,p OUT 9. W 7- Rev. Page 7 of

8 高电流测试测试配置类似于图中所示的物理设置表总结了观察到的结果, 图 7 至图显示各种电压频率和负载下的测试性能和结果测试 7 在 V khz 开关频率下执行, 占空比为 % 测试 8 在 V khz 开关频率下执行, 占空比为 % 输出负载电阻视各个测试而异, 如表所示, 其中 Ω 到 Ω 负载用于改变电流测量 V OUT, 也就是 R 两端的电压表. 高电流测试测试 V DC (V) f SW (khz) 占空比 (%) I OUT (A) V OUT (V) P IN (W) I IN (A) 参考图图 7 和图图 8 和图 P IN 是输入电源 (I IN V IN ), 其中 V IN 是直流电源电压 Rev. Page 8 of

9 开关 IGBT 的性能图和负载测试此部分测试结果显示 f SW = khz 和 khz 的不同目标电压下的开关波形 CH.V CH V A CH 8.V 图 7. V DC = V,f SW = khz,p OUT =. W 7-7 CH.V CH V A CH 8.V 图 9. V DC = V,f SW = khz,p OUT =. W 7-9 CH.V CH V A CH 8.V 图 8. V DC = V,f SW = khz,p OUT =.9 W 7-8 CH.V CH V A CH 8.V 图. V DC = V,f SW = khz,p OUT =.9 W 7- Rev. Page 9 of

10 去饱和测试系统测试电路的电气设置如图所示直流电压施加于半桥两端的输入,9 µf 的解耦电容添加到输入级此设置用于测试去饱和检测在此应用中, 最大 I C = A, 其中 I C 是通过 T 和 T 的电流高端开关 IGBT (T) 被 8 μh 的电感旁路,T 开关必须关闭低端开关 IGBT (T) 每 ms 被驱动 μs 表 7 详细列出了去饱和测试设置的功率器件 INDUCTOR CURRENT 图显示电感 L 中电流 A 时的开关动作, 图显示电感 L 中电流 9 A 时的去饱和检测表 7. 功率器件去饱和测试的测试设置设备值 U V 至 8 V C 9 μf L 8 μh HV+ CH.V A CH.V CH.A 图. V DC < 8 V,f SW = Hz, 占空比 =.% 7- T U C OFF T L INDUCTOR CURRENT HV 图. 系统测试电路的电气设置 7- CH.V A CH.V CH.A 图. V DC > 8 V,f SW = Hz, 占空比 =.% 7- Rev. Page of

11 应用原理图 PRIMARY U LT89EMSE#PBF C VIN BST EN/UV n TP TP L R SY SW u7 INTVcc m TR/SS PG RT FB R C C C 7k CG (NP) u u p R8 CTCB k TP P Vcc PWM_H R8 Gnd C R R CG (NP) k p R U8 MC7VHCGDFTG D R FDLL k Vcc Gnd U M7VHCGDFTG C C C 7p C7 CG (NP) n n TP7 P R PWM_L C R R CG (NP) k p C C8 C C7 7p CG (NP) 9. ns deadtim e n n n R n Vcc Gnd U M7VHCGDFTG R8 U MC7VHCGDFTG D R7 FDLL k n R R k k READY_HS FAULT_HS RESET_HS R C CG (NP) n n R9 R k k READY_LS FAULT_LS RESET_LS R C CG (NP) n -ISO-H D R7 VS-BQTRPBF C k7 -ISO-H CG (NP) -ISO-H p -ISO-H +V-ISO-H -ISO-H -V-ISO-H ADUMBRWZ R -ISO-H +V-ISO-L R C C R TP u n R8 -ISO-L U7 VSS VSS Vi+ GATE_SENSE Vi- VOUT_ON READY VDD FAULT VOUT_OFF RESET VDD DESAT VSS VSS U VSS VSS Vi+ GATE_SENSE Vi- VOUT_ON READY VDD FAULT VOUT_OFF RESET VDD DESAT VSS VSS ADUMBRWZ R -ISO-L +V-ISO-L +V-ISO-L R +V-ISO-L k7 D -ISO-L VS-BQTRPBF R -V-ISO-L D R7 C9 VS-BQTRPBF k7 CG (NP) -ISO-L -ISO-L p HV C R TP k D/E CE Q G CR C TP R7 k D/E LV D N89HW-7-F J C8 C9 u u C PM.8//9BL K n R7 8k R LED SML-LTT8 PWM_L PWM_H R NTC HTSW---G-D JA READY_HS JG JB JH JC RESET_HS JI JD READY_LS JJ JE JK JF RESET_LS JL R k FAULT_HS R k FAULT_LS UVLO =. V OVLO = disabl e R R R8 R9 R fsw = 9kH z C7 k 7k tss = 8us Ilim = disable n R Vcc Gnd U9 MC7VHCGDFTG U MC7VHCGDFTG R9 TP UVLO =. V OVLO = disabl e fsw = 9kH z R9 R R C8 R R tss = 8us k 7k Ilim = disable TP n Vcc Gnd Vcc Gnd V M C C R R R V V V F F M M M U LT999HMSE Vin C C Phase +V-ISO-H +V-ISO-H C C9 R n u k7 D9 VS-BQTRPBF R C R9 C n R u TP R -V-ISO-H -V-ISO-L HV_RTN D STTHU D STTHU HV_RTN MP k i i i UVLO SY SWA OVLO/DC RDC RT ILIM/SS SWB RBIAS R C NTC U LT999HMSE F F M M M M C8 u L P P/P : turns AWG S/S : turns AWG S -ISO-H D STTHU D STTHU L u -ISO-H C7 C u P S C C D7 D8 u STTHU STTHU L B88ND : transformer u -ISO-H C C -ISO-L u n R -ISO-H D C BZX8C7LTG n C n D R BZX8C7LTG -V-ISO-H Stud M J D STTHU Q C G Q CR E APTGT7ATG D7 STTHU J Stud M NTC NTC NTC NTC J Stud M C8 MKP n C9 MKP n C MKP n C7 MKP n Vin UVLO SY OVLO/DC SWA RDC RT ILIM/SS RBIAS SWB G N D LV = V + /- V R k R8 k C9 u P/P : turns AWG S/S : turns AWG L7 L P u D D9 STTHU STTHU C C u S -ISO-L -ISO-L P S C C D u D STTHU STTHU L B88ND : transformer u R +V-ISO-L C n D9 BZX8C7LTG C8 n D R BZX8C7LTG -V-ISO-L 7- 图. ADuM 栅极驱动器板原理图 Rev. Page of

12 结论 ADuM 栅极驱动器具有优异的电流驱动能力, 合适的电源范围, 还有 kv/µs 的强大 CMTI 能力, 在驱动 IGBT 时提供优良的性能本中的测试结果提供的数据表明,ADuM 评估板是驱动 IGBT 的高压应用的解决方案 9 Analog Devices, Inc. All rights reserved. Trademarks and registered trademarks are the property of their respective owners. AN7sc--/9() Rev. Page of

电子技术基础 ( 第版 ) 3. 图解单相桥式整流电路 ( 图 4-1-3) 电路名称电路原理图波形图整流电路的工作原理 1. 单相半波整流电路 u 1 u u sin t a t 1 u 0 A B VD I A VD R B

电子技术基础 ( 第版 ) 3. 图解单相桥式整流电路 ( 图 4-1-3) 电路名称电路原理图波形图整流电路的工作原理 1. 单相半波整流电路 u 1 u u sin t a t 1 u 0 A B VD I A VD R B 直流稳压电源第 4 章 4.1 整流电路及其应用学习目标 1. 熟悉单相整流电路的组成, 了解整流电路的工作原理. 掌握单相整流电路的输出电压和电流的计算方法, 并能通过示波器观察整流电路输出电压的波形 3. 能从实际电路中识读整流电路, 通过估算, 能合理选用整流元器件 4.1.1 认识整流电路 1. 图解单相半波整流电路 ( 图 4-1-1) 电路名称电路原理图波形图 4-1-1. 图解单相全波整流电路