高频 IGBT MOSFET 驱动芯片 产品手册 HTTP://WWW.PWRDRIVER.COM V3.0 2014-06 - 1 -
目录 一 概述... 3 二 原理框图... 3 三 电气参数... 3 3.1 极限参数... 3 3.2 驱动特性... 3 3.3 工作条件... 4 3.4 短路保护性能... 4 四 波形图... 5 4.1 软关断曲线... 5 4.2 说明... 5 五 尺寸结构... 5 5.1 外形尺寸... 5 5.2 引脚说明... 5 六 应用参考电路... 6 6.1 驱动器低压信号侧的连接... 6 6.1.1 输入信号... 6 6.2 驱动器高压侧驱动电源的连接... 6 6.3 驱动器高压侧的输出连接... 6 6.3.1 驱动功率的计算... 6 6.3.2 与 IGBT 的连接... 6 6.3 保护参数的设置... 7 6.3.1 过流保护阈值的调节... 7 6.3.2 盲区时间的设置... 7 6.3.3 软关断时间设定 (Tsoft)... 7 6.3.4 故障后再启动时间设定 (Trst)... 7 6.3.5 故障信号输出接口... 8 6.4 驱动芯片测试方法... 8 6.5 典型应用图... 8 七 相关产品信息... 8 7.1 TX-KB303 超高频 MOSFET 驱动器... 8 7.2 TX-KP101 一单元驱动器... 8 7.3 TX-DA102D1 一单元 IGBT 驱动板... 8 八 常见问题... 9 九 其它说明... 9 HTTP://WWW.PWRDRIVER.COM V3.0 2014-06 - 2 -
高频 IGBT MOSFET 驱动器 一 概述 单管大功率 IGBT MOSFET 驱动器 最高工作频率 200KHz 变压器信号耦合, 传输延迟小 工作占空比 5-95% 短路时软关断保护, 并封锁 PWM 信号以确保软关断完成 IGBT 的开通和关断分别控制 输入信号幅值 5V 二 原理框图 三 电气参数 3.1 极限参数符号 名称 极限参数 单位 Vs 输入 PWM 信号脉冲幅值 7 V Ifault 故障信号输出电流 (Fault/) 10 ma Po 最大输出功率 2.5 W Io 驱动器输出瞬态峰值电流 ±6 A Viso 输入输出绝缘电压 (50Hz/1min) 3.5 KV Rg 最小栅极电阻 2 Ω 3.2 驱动特性 除另有指定外, 均为在以下条件时测得 :Ta=25,Vp=24V,Fop=50KHz 参数 符号 测试条件 最小值 典型值 最大值 单位 输入脉冲信号压降 Vs 4.5 5 7 V 输入信号电流 Is 100KHz 时 6 ma 输出电压 Vo+ 14.5 Vo- -8.5 V HTTP://WWW.PWRDRIVER.COM V3.0 2014-06 - 3 -
输出电流 Io+ Ton=1μS,δ=0.01 6 Io- -6 A 栅极电阻 Rg 用户设置 2 Ω 输出总电荷 Qout 4 μc 工作频率 Fop 30 200 KHz 占空比 δ 5 95 % 最小工作脉宽 Tomin 0.8 最大工作脉宽 Toffmin 0.8 μs 驱动功率 Po 2.5 W 上升延迟 Trd 0.3 下降延迟 Tfd 0.2 μs 绝缘电压 Viso 50Hz/1 min 3500 Vrms 输入输出耦合电容 Cps 6 pf 3.3 工作条件 符号 测试条件 最小值 典型值 最大值 单位 环境温度 Top -40 85 存储温度 Tst -60 140 3.4 短路保护性能 除另有指定外, 均为在以下条件时测得 :Ta=25,Vp=24V,Fop=50KHz 参数 符号 测试条件 最小值 典型值 最大值 单位 保护动作阈值 Vn 用户设置, 典型值为缺省值 6.8 V 保护盲区 Tblind 用户设置, 最小值为缺省值 0.4 μs 软关断时间 Tsoft 用户设置, 最小值为缺省值 1.4 μs 故障后再启动时间 Trst 用户设置, 最小值为缺省值 1.1 ms 故障信号延迟 Talarm 开始软关断到输出故障信号 0.3 μs 故障信号输出电流 Ialarm 负电平吸收电流 10 ma HTTP://WWW.PWRDRIVER.COM V3.0 2014-06 - 4 -
四 波形图 4.1 软关断曲线 4.2 说明图中第一个短路信号时间很短, 小于盲区时间 Tblind, 也可能是个干扰信号, 驱动输出不响应 第二个短路信号也较短, 但大于盲区, 因此输出要下降, 但在短路信号结束后, 输出也相应恢复 图中第三个是持续短路信号, 驱动器输出按一定斜率降低的波形, 用以软关断 IGBT 在软关断开始后, 驱动器封锁输入信号, 因此即便输入 PWM 结束, 驱动器仍继续软关断过程 如果用户控制器没有接收报警信号, 驱动输出将维持低电平, 待封锁时间 Trst 到达后解除封锁, 并继续新的软关断过程, 形成周期为 Trst 的输出脉冲, 如图所示 软关断开始的时刻, 驱动器的 13 脚故障端 Fault/ 输出一个低电平信号, 用户应接一个光耦将故障信号传送给控制器, 一般需要关闭系统中所有 IGBT 的驱动 如果用户控制器没有动作, 驱动器延时 Trst 后系统内部复位, 解除封锁, 可以重新接收输入 PWM 信号 五 尺寸结构 5.1 外形尺寸 5.2 引脚说明引脚序号 引脚符号 引脚功能描述 1 PWM PWM 信号输入端, 此端与输出是同相位 2 GND 控制信号地端 3 4 N/A 空脚 5 Fault/ 故障信号输出端, 故障时输出低电平, 通过光耦传送到控制电路 6 Vn 过流时的集电极 发射极阈值电压设置端, 通过电阻调整 7 Reset 短路保护后自动复位时间 Trst 设定端, 通过电容设置 8 Blind 盲区时间 Tblind 设定端, 通过电容设置 9 Detect IGBT 电流检测端, 通过二极管接 IGBT 的集电极 HTTP://WWW.PWRDRIVER.COM V3.0 2014-06 - 5 -
10 Soft 软关断时间 Tsoft 设定端, 通过电容设置 11 Com 驱动器内部的正负电源参考点 12 Vcc 内部自给电源的正端 13 Vee 内部自给电源的负端 14 Emitter 与 Com 脚的电平基本相同, 接 IGBT 的发射极 15 Vo + 驱动器正脉冲输出端, 接 IGBT 的栅极 16 Vo - 驱动器负脉冲输出端, 接 IGBT 的栅极 六 应用参考电路 6.1 驱动器低压信号侧的连接 6.1.1 输入信号 输入信号是单向脉冲, 频率范围是 30 200KHz, 在满足脉宽和脉宽间隔 不低于 0.8us 时, 允许的占空比为 5 95% 6.2 驱动器高压侧驱动电源的连接需要隔离的驱动电源 在驱动输出功率达到最大值 2.5W 时, 输入电源功率 Pi 约 3.1W, 留 40% 裕量, 需要输入功率 4.3W 电解电容旁应并联低阻抗的高频电容 驱动 MOSFET 时可取 Vp=20V 6.3 驱动器高压侧的输出连接 6.3.1 驱动功率的计算驱动输出功率 Po=Q*Fop*ΔV,Q 为 IGBT 实际所需的驱动电荷,Fop 为工作频率,ΔV=Vp=24V 实际所需的驱动功率不应大于参数表的给定值, 最好留有 20% 的余量 6.3.2 与 IGBT 的连接驱动器输出端 Vo+ 和 Vo- 通过外部电阻 Rg+ 和 Rg- 与 IGBT 的栅极相连 ; 驱动器的 Com 端通过电阻 Re 与 IGBT 的发射极相连 ; 驱动器的检测端 Detect 通过高压隔离二极管 Dhv 与 IGBT 的集电极相连 Rj/Df 是用以保护驱动器的 栅极电阻 Rg+ 控制栅极的充电速度,Rg- 控制放电速度 ; 也可以只用一个, 这时要把 15 16 脚短接 Rg = 2~22Ω, 总功率 2Po,Po 是实际驱动功率 IGBT 的栅极和发射极之间并联的电阻 Rge 是泄放电阻, 防止在未接驱动引线的情况下, 偶然加主电高压, 通过米勒效应烧毁 IGBT IGBT 的栅极和发射极之间还可以并接 18V 双向稳压管 HTTP://WWW.PWRDRIVER.COM V3.0 2014-06 - 6 -
注意 : 驱动器到 IGBT 的连线要尽量短, 不宜超过 200mm, 栅射极引线应使用绞线 谨防输出短路, 短路可能损坏驱动器 6.3 保护参数的设置 保护参数设置电路如图所示 6.3.1 过流保护阈值的调节 Vn 是触发过流保护动作时检测端 Detect 9 脚对 11 脚 Com 端 的电压, 缺省值是 6.8V 因为实际的动作电压还要减去 Dhv 二极管的正向压降, 所以一般无需向下设置 在 6 11 脚间接一个电阻 Rn 可以降低过流保护的阈值, 具体关系是 Rn (V) 100 47 27 Vn (KΩ/V) 6.8 5.9 5.1 4.4 或者在 6 12 脚间接一个电阻 Rp, 可以提高过流保护的阈值, 对应关系是 Rp (V) 100 47 33 22 Vn (KΩ) 6.8 7.8 8.7 9.3 10 6.3.2 盲区时间的设置 Tblind 是检测到 IGBT 集电极的电位高于保护动作阈值后到开始降栅压的时间 因为各种尖峰干扰的存在, 为避免频繁的保护影响开关电源的正常工作, 设立盲区是很有必要的 在 8 11 脚间接一个电容 Cblind 可以调大盲区时间, 对应关系如下 : Cblind (pf) Tblind (μs) 0 47 100 150 220 330 0.4 0.6 1.3 1.9 3.5 6 一般情况可设置在 3-4μS 6.3.3 软关断时间设定 (Tsoft) Tsoft 是驱动脉冲电压降到 0 电平的时间 在 10 11 脚接一个电容 Csoft, 可加大软关断时间, 关系为 Csoft (nf) Tsoft (μs) 0 2.2 4.7 6.8 10 15 1.4 2.2 3.4 4.5 6.5 8.6 软关断开始后, 驱动器封锁输入 PWM 信号, 即使 PWM 信号变成低电平, 也不会立即将输出拉到正常的负电平, 而要将软关断过程进行到底 软关断开始的时刻, 驱动器的 5 脚输出低电平报警信号, 可以接一个光耦, 将信号传送给控制电路 6.3.4 故障后再启动时间设定 (Trst) Trst 是短路故障发生, 驱动器软关断 IGBT 后, 如果控制电路没有采取动作, 则驱动器再次输出驱动脉冲的间隔时间 在 7 11 脚接一个电容 Creset, 可延长再次启动的时间, 关系为 Creset (nf) Trst (ms) 0 1 2.2 4.7 1.15 2.3 3.4 5.7 电容 Creset 不宜超过 10nF 一般无需设置 HTTP://WWW.PWRDRIVER.COM V3.0 2014-06 - 7 -
6.3.5 故障信号输出接口 软关断开始的时刻, 驱动器的 5 脚输出低电平报警信号, 一般要接 一个光耦, 将信号传送给控制电路 光耦可采用 TLP521 或 PC817 等 6.4 驱动芯片测试方法测试驱动器的输出波形时, 需要连接好 IGBT, 示波器的地线夹接 IGBT 的发射极, 探头接 IGBT 的栅极 若不接 IGBT, 则必须短路驱动器与 IGBT 的 C E 极相连的相应端点 专用测试工装, 可参考 技术园地 中的 KA 系列 IGBT 驱动器的简易测试方法及原理图 一文制作 6.5 典型应用图 七 相关产品信息 7.1 TX-KB303 超高频 MOSFET 驱动器单管驱动器, 最高工作频率 2MHz 7.2 TX-KP101 一单元驱动器 KP101 是自带 DC/DC 电源的驱动片, 对输入信号的占空比没有要求, 工作频率 0 80KHz, 外围电路比 KC101 更简单 7.3 TX-DA102D1 一单元 IGBT 驱动板 采用 KA102 驱动芯片 PD203 驱动电源, 配合外围元器件组成的 IGBT 驱动板, 驱动能力高于 DP101 达 4.5W, 即插即用, 加快调试进度 HTTP://WWW.PWRDRIVER.COM V3.0 2014-06 - 8 -
八 常见问题可参阅技术园地中的 常见问题的处理 九 其它说明本公司产品有可能根据情况做一些相应的改动, 届时不另行通知, 请见谅 但本公司保证这种变动不降低原来的功能和性能, 也不对参数表的数值有影响 如有超过上述的变化一定提前通知客户 北京落木源电子技术有限公司 地址 : 北京市西城区教场口街一号邮编 :100120 电话 :010-51653700 传真 :010-51653700-880 网站 :http://www.pwrdriver.com Email:pwrdriver@pwrdriver.com HTTP://WWW.PWRDRIVER.COM V3.0 2014-06 - 9 -