兼顾性能、成本的高压功率半导体驱动IC应用

1、兼顾性能、成本的高压功率半导体驱动ic应用现代工业和家电设计师濒临着日益增大的压力，他们要减小设备的体积，削减所用的元器件数量，同时还要改进系统总的性能和牢靠性。与此同时，价格和上市时光方面还要求上述获益不能太多地增强成本和项目开发周期。目前，最新的高压ic(hvic)技术正在协助设计师解决这些问题，其办法是利用基于的调速电机驱动解决计划，这些计划在上述这些应用中正日益增强。此外，这种技术同样也能使通用变换、(smps)和不间断电源(ups)这类的应用获益。变速驱动需求变速电机驱动为家电、工业和商用这类设备(如空调)带来许多益处。这些益处包括提高了能量效率，改进了牢靠性，减小了震惊，减小了电器

2、噪音等。目前，归功于从功率技术到器件(如和功率)取得的发展，以高效率和具有成本效益地实现上述变速驱动已经不成问题。设计中的一个关键问题是，如何庇护所用的igbt和mosfet免于遭到短路、过流以及接地不良所造成的损坏。在这些设计中，逆变器和电机相的传感是一个关键要求，由于它是电流模式控制和过流庇护的基础。前者要求高精度和高线性度，而后者则要求响应快。事实上，可以通过与dc的正负极、igbt的相臂或电机的相线抽头相串联的方式来提取电流信号(图1)。要提取的信号还有基本变频电机电流的脉冲宽度调制包络(以固定载频)。因此，需要采纳相当复杂的采样保持外加数字信号处理的电路来提取具有高线性度和高精度的实

3、用电流信息。在单个的igbt相臂上猎取的采样电流比较简单处理，但需要涉及到载波频率采样。迄今为止，最为容易的可用电流信号来自电机的相线抽头。信号所包含的惟独基本的变频电机电流。这里最复杂的是，幅度仅为毫伏级的弱差分信号浮在高达600v到1200v共模电压上面。此外，因为igbt逆变相位的影响，共模电压的摆幅将从-dc到+dc，摆率高达10v/ns。高压ic技术目前，高压ic技术取得的发展使得设计师能够采纳优良的、节约空间的和元器件较少的计划，这些计划解决了先进驱动设计中所需的庇护问题和电流传感问题。例如，ir公司所属的hvic技术，创造时，将一个低端接地的电路与一个高端浮动的cmos横靠在一起

4、，中间用一个n或p沟道ldmos区隔离(图2)。ldmos的任务是执行电平转移，即将控制信号传过位于低端和高端电路之间的高压栅。这样做的结果是将mosfet和igbt的驱动和庇护电路集成到了一个单芯片中。同时，该hvic技术还实现了浮动在大共模电压的弱小差分电压的传感，即便是包含有迅速的瞬变。因此，该hvic技术是创造高压传感接口ic的抱负基础。ir公司利用自己的这项技术，开发了一系列不同的、高速和高压igbt控制ic和传感ic，使得小小芯片具备完美的庇护功能。这些ic提供了一系列复杂的庇护功能，包括接地不良庇护，而该功能曾经惟独在高端系统中才具备。除了这些先进的功能外，相对于分别的光耦或解决

5、计划，这些ic具有高噪声免疫性能，元器件数量降低了30%，占位面积则减小了一半。因而，设计师可以将面积削减到50%。图1。用于提取电流信号的电流传感办法。图2:采纳hvic技术的半导体器件截面图。工业用hvicir22381是一款模拟的三相igbt门驱动器。该器件的死区时光仅为0.5s，比相应的光耦驱动器快10倍。另外，该器件还将温漂以及由此产生的性能变幻减到了最小。该器件含有一个去饱和功能，提供应全部模式的过流庇护，包括接地不良、穿越或短路到电源轨的庇护。在已开头浮现过流条件时，器件将会软关断，随后就彻底关断全部的6个输出。该器件有一个关断输入，通过该输入用户可以控制关断。该器件的死区时光可

6、编程控制，并且输出驱动器具有分别的导通/关断引脚，该引脚具有两级导通输出，以实现所要求的igbt dv/dt开关电平。其电压反馈提供了精密测量，还有一个自举电源，从而不需要再加一个辅助电源。ir2277和ir22771是高速单相电流接口ic，带有同步采样，可用于电机驱动方面的应用。通过一个外部并联来传感电流，该电阻通过一个精密的双斜坡积分电路将模拟电压转换成一个时光间隔。该时光间隔的电平被转移，提供数字输出给和模数接口，而无需另外的规律电路。其最大吞吐率是40k采样/秒(适合于频率高达20khz的不对称pwm调制)，20khz上的最大延迟小于7.5s。还有一个噪声免疫双向电平移位电路，用来避开

7、高达50v/ns的dv/dt噪声。ir2277既有模拟也有pwm输出，而ir22771惟独pwm输出。ir2214和ir22141用来驱动电源开关应用以及三相380vac电路中单独的半桥电路，电流高达50a，温度高达80°c。与采纳光耦的计划不一样，ir2214和ir22141门驱动在囫囵寿命中提供良好的稳定度，还包括参数匹配，例如用于高端和低端通道的传扬延迟以及死区插入。高端的低静态电流实现了经济的和节约空间的自举电源。器件中含有igbt上的故障反馈去饱和，当用在多相配置时自动关断igbt。在ir2214中，含实用于高/低双端的去饱和检测以及一个内部偏置电阻，而ir22141中则包含一个额外的有源去饱和偏置电路。ir2214和ir22141可以通过一个专用引脚衔接在一起，来防止驱动系统的相间短路。输入和输出引脚兼容3.3v cmos，从而简化了微处理器衔接。器件采纳分别的电源地和信号地引脚，可以实现放射极分路配置