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IGBT智能化驱动板SCALE
摘要：SCALE驱动是瑞士Concept公司生产的IGBT智能化驱动板，可用于驱动和保护IGBT。文中介绍了该IGBT智能化驱动板的主要功能、工作模式和引脚功能，给出该器件的典型应用电路。１ 概述
由于ＩＧＢＴ（绝缘栅双极性晶体管）是一种电压控制型功率器件，它所需驱动功率小，控制电路简单，导通压降低，且具有较大的安全工作区和短路承受能力。因此，目前ＩＧＢＴ已在中功率以上的电力电子系统中（如变频器、ＵＰＳ电源、高频焊机等）逐渐取代了ＰＯＷＥＲ ＭＯＳＦＥＴ及ＰＯＷＥＲ ＢＪＴ而成为功率开关元件市场中的重要一员。然而?如何有效地驱动并保护ＩＧＢＴ则成为目前电力电子领域中的重要研究课题之一。一个具有保护功能的驱动电路不但能在正常工作状态下给ＩＧＢＴ提供所需的驱动功率，在异常工作状态下能起保护ＩＧＢＴ的作用，而且应当能使电力电子系统中的ＩＧＢＴ有很好的替换特性。因此?高性能的驱动电路是提高电子产品品质和可靠性，从而增强其竞争力的关键之一。本文介绍一种高性能、智能化的ＩＧＢＴ驱动板ＳＣＡＬＥ。
图1
２ 功能介绍
ＳＣＡＬＥ驱动板系列是瑞士Ｃｏｎｃｅｐｔ公司生产的，Ｃｏｎｃｅｐｔ公司是专业生产ＩＧＢＴ驱动电路的公司，主要为西门子／ＥＵＰＥＣ高压大电流ＩＧＢＴ模块配套。该ＳＣＡＬＥ驱动板采用ＡＳＩＣ设计，仅用１５Ｖ电源驱动，开关频率可大于１００ｋＨｚ，且具有高可靠和长寿命特性，可驱动１７００Ｖ、１２００Ａ的ＩＧＢＴ。１９９８年度赢得ＡＢＢ优秀电力电子项目称号，其主要型号和驱动能力如表１所列。
表1 SCALE的主要型号和驱动能力
２．１ ＳＣＡＬＥ的特点
●实用范围宽?可应用在数千瓦至数兆瓦的功率范围及实用的耐压要求范围内，几乎可工作在所有的频率及调制模式，适用于任何厂家的模块。
●体积小巧、结构紧凑、应用灵活，具有直接和半桥模式可供选择。在半桥模式下，可选用所要求的死区时间。
●成本低，具有很高的性能／价格比。除可提供栅极驱动外，还具有检测状况显示及电源隔离等功能，是一种可满足市场所有要求的、最经济实用的驱动板。
●使用简便。该驱动板的电接口非常简单，可处理５～１５Ｖ电平的标准逻辑信号。具有施密特触发器输入特性，且对输入信号没有特殊要求。故障传送使用集电极开路输出，可与常用的逻辑电平相兼容。因为驱动板具有所有智能化驱动功能，且驱动信号、状态传送及电源与功率部分完全隔离，所以使用非常简单。在大多数情况下，用智能化ＳＣＡＬＥ驱动板来驱动标准ＩＧＢＴ模块，比使用智能化ＩＧＢＴ模块（ＩＰＭ）更加简便，也更加灵活。
２．２ ＳＣＡＬＥ的主要功能
ＳＣＡＬＥ由电子接口ＬＤＩ 、智能栅极驱动 ＩＧＤ和１５Ｖ ＤＣ／ＤＣ电源组成，其原理方框图如图１所示。由图可见，该驱动板主要有两个功能块。其中功能块＃１为ＬＤＩ（逻辑与驱动之间的接口），每一个ＬＤＩ可驱动两路。加在输入端的ＰＷＭ信号再通过脉冲变压器隔离后，即可输出驱动信号，以驱动ＩＧＢＴ工作。
功能块＃２为ＩＧＤ（智能栅极驱动），该功能块工作时，每路用一个ＩＧＤ从脉冲变压器接收编码脉冲信号，然后解码出原始的ＰＷＭ信号。再经功放，便可给ＩＧＢＴ栅极提供数安培的驱动电流。
（１） 电子接口ＬＤＩ００１
因为ＰＷＭ信号的频率和占空比变化较大，所以不能简单地通过变压器传送。为此，ＳＣＡＬＥ配备了ＬＤＩ００１逻辑驱动接口，ＬＤＩ００１的结构如图２所示，它具有以下功能：
●可为用户提供一个简单的接口，两个信号输入端都具有施密特触发器特性；
●与５Ｖ、１５Ｖ的逻辑电平相匹配。
●产生半桥所需的死区时间；
●对ＰＷＭ信号进行编码，以使其可通过脉冲变压器传送；
●识别编码传送的状态通知信号并放大，以为用户提供一个准静态的状态信号。
图2
ＳＣＡＬＥ驱动器可不加任何元件而直接与逻辑电路相连，也可通过较长的电缆相连。这种情况下，为了获得较高的信躁比，应使用１５Ｖ电平。同时应通过外接的ＲＣ网络来获得所要求的死区时间。
（２） 驱动块ＩＧＤ００１
ＩＧＤ００１具有所有必需的智能驱动功能，如变压器接口、过载和短路保护、锁定时间逻辑、状态通知、对电源电压和输出级的监测等。
ＩＧＤ驱动块的内部结构框图如图３所示，该驱动块主要用于完成如下功能：
●对从脉冲变压器接收的编码信号进行解码；
●用功放ＰＷＭ信号驱动ＩＧＢＴ；
●监测ＩＧＢＴ的过载和短路；
●监测欠压；
●产生响应时间和锁定时间；
●给控制器（ＬＤＩ００１）发出状态通知信号。
智能驱动块ＩＧＤ００１所有的保护、监测功能（如过流、短路保护和欠压保护）都置于次级。这样，在出现故障时，电路将立即被关闭并锁定。
图3
（３） ＳＣＡＬＥ驱动块的保护功能
ＳＣＡＬＥ的保护主要包括短路和过流以及电源监测。对于短路和过流保护来说，ＳＣＡＬＥ驱动中的每路都有一个Ｖｃｅ监测电路。Ｒｔｈ为关断阈值的参考电阻。在ＩＧＢＴ开通后的一段响应时间内，Ｖｃｅ监测电路不起作用。而当Ｖｃｅ出现故障后，锁定时间功能开始启动，并在锁定时间内使驱动器锁定ＩＧＢＴ，而不再接受输入信号。模块中的各路都具有自己的锁定功能，并均由各路的ＬＧＤ００１实现。一旦Ｖｃｅ超过由Ｒｔｈ设定的阈值，锁定将立即启动。
ＳＣＡＬＥ中的每路都具有一个欠压监测电路。 当电源电压降至１０Ｖ或１１Ｖ时，ＩＧＢＴ将执行负压关断并进行故障报警。 【IGBT智能化驱动板SCALE】相关文章： 新型IGBT/MOSFET驱动模块SKHI22A/B03-19 IGBT的保护03-20 采用IGBT的正弦波中频逆变电源03-19 电力驱动系统逆变器实时仿真03-18 在Linux下驱动STN彩色LCD03-18 以兴趣激发学生，以任务驱动教学03-16 IPM驱动和保护电路的研究03-20