基于1ED020I12FA的汽车级IGBT模块驱动电路

2.1EDO2OI12FA2.1EDO2OI12FA及其低压信号部分电路相关说明3.1ED020I12FA3.1ED020I12FA输出部分电路相关说明基于1ED020I12FA的汽车级IGBT模块驱动电路摘要：本文设计一套基于英飞凌1EDO2OI12FA的汽车级IGBT模块驱动电路。所有电子原件全部采用符合AEC-Q100/10V200汽车认证的产品，使之满足EV/HEV的需要。包括电路功能说明、layout要点、重点器件的计算选型方法、电路使用注意事项以及整套电路完整料号的材料清单。1电路结构框图本设计采用模块化设计，主要分为低压信号模块电路，驱动输出高压电路，和IGBT电路，主要IC为英飞凌1EDO2OI12FA,IGBT为英飞凌HybridPACK2o图1以U相为例介绍总图结构。DrU图1:电路结构框图1EDOUTPUTVCC2DesatDrU图1:电路结构框图1EDOUTPUTVCC2Desat COUTGCLAMPEGND2VEE21EDOUTPUTVCC2DesatCourgCLAMPEGND2VEE21CT—GTETTEMPCBGBEB1GBTUHP2A图2：1ED020I12FA及其低压信号部分电路2.1功能说明如图2半桥的上臂和下臂各用一片1ED,IN+作为PWM信号的输入脚与对应的另一个1ED芯片的IN-连接作为互锁，硬件上没有包含死区电路。RDY和FLT脚连在一起经过与门送出一个总故障，4,7k上拉电阻和10n电容保证信号的可靠性和抗干扰能力，与门输出放一个0603封装LED作为故障指示，方便试验和调试，没有实际的电气作用。RST引脚经过各自的RC滤波电路后连接在一起，共用一个总复位。2.2PCBlayout要点RST,RDY和FLT作为敏感信号容易受到干扰而误动作，因此需把滤波电容放在贴近芯片引脚的位置。RDY和FLT的引线要尽量短，后面的与门是个只有TSS0P5封装的IC,非常容易放在芯片附近。图中C5,C9应尽量贴近18脚和20脚。minourR14R16R21optourR14R16R21opt图3：1ED020I12FA输出部分电路3.1功能说明如图3为了适应HybridPACK2开关要求，选择开通电阻大约2.5欧，关断电阻3欧的设计，因此需要采用push-pull结构放大门极峰值电流。采用有源电压箝位电路防止关断IGBT时的Vce过冲导致IGBT失效。同时使用三极管作为推挽结构,可以有效的增强有源电压箝位对电压尖峰的抑制效果，具体见参考文献1。D1,D6作为箝位二极管，对敏感信号进行保护。D9,D11箝位门极电压以防门极电压过高而击穿。3.2PCBlayout要点门极电阻布置见图4,因为需要较好散热所以选用电阻并联再串联的方式，方便布局布线和散热。图4门极电阻的布置图3中粗线部分会走过较大电流，母线宽度大于1mm,尽量宽一些。D3,D4,D5,D8承受Vce电压,所以应使C点到R10和R13保持足够的距离，以防爬电。D12应靠近IGBT模块GE引脚，起到最好的吸收效果。D1,D6靠近芯片Desat引脚。3.3重点器件选型C10作为控制保护延迟时间的重要电容，应选择COG材料的电容，建议根据系统响应情况，选择100p左右的电容，考虑对未来后续版本1ED020I12FA2的使用，可以选择200p左右的电容，前提是IGBT保护的延迟时间应小于10usoD1,D6,D17因箝位电流较小，选用英飞凌的BAT165。D7,D9,D10冲击电流较大选用了Vishay的ESlPDHM3oRll,R12,R13作为限流电阻需根据系统实际情况进行短路测试后选定合适的值。门极电阻功率根据公式1进行计算，详见参考文献3。按照最大15kHz开关频率计算，门极电阻功率约为2.2W,按照攻标称功率选择7个2010的1W高功率电阻平分热量。经过计算得到Rl,R18,R20值为3.9欧，总功率2.2W时每个电阻耗散功率0.31W,R14,R16,R19,R21值为6.8欧，总功率2.2W时每个电阻耗散功率0.31Wo在正电源和负电源端各并联两个4.7uFX7R的电容，以保证供电平稳。Pdis=PR+Pr =AV虹UQg4.IGBT周边电路相关说明IGBT周边电路较为简单，选择10k电阻保证IGBT不会误开通。对NTC信号进行简单处理送至MCU板做进一步处理。QassNamc:HV图5：IGBT模块周边电路5测试结果如图5图6,分别是IGBT在开通和关断时的波形，测试条件是直流母线250V,逆变器输出交流有效值200ArmSo2.00usfdivlICW.kS 5.0.C2.00usfdivlICW.kS 5.0.C协g|tgj10.0Vfdiv-30.00Vofst500mVJdi^0mVoffsetI.OOV/div.QmVoffset；E.<4/DL：50.0V/div-15d.0Vofststatus图5：IGBT开通波形10.0Vfdiv 500mX/JdivI.OOVJdiv10.0Vfdiv 500mX/JdivI.OOVJdiv 50.0V/div-30.00vofst qmVoffsetomvoffset-isd.ovotststatus图6：IGBT关断波形6材料清单DescriptionDesignatorManufacturerPartNumberQtyCap-0603-1n/100V/0.1/C0GC1.C6.C18KemetC0603C102K1GACAUTO3Cap-0603-10n/25V/0.1/X7RC2,C7,C20,C23,C24KemetC0603C103K3RACAUTO5Cap-0603-100p/100V/0.1/C0GC3,C8.C11KemetC0603C101K1GACAUTO3Cap-0603-100n/25V/0.1/X7RC4,C5,C9,C12,C15KemetC0603C104K3RACAUTO5Cap-0603-200p/100V/0.1/C0GC10KemetC0603C201K1GACAUTO1Cap-1210-4.7U/25V/0.1/X7RC13,C14,C16,C17KemetC121OC475K3RACAUTO4

Cap-0805-10n/50V/10%/X7RC195C22KernelC0805C103K5RACAUTO2Cap-0805-1u/16V/0.1/X7RC21KernelC0805C105K4RACAUTO1MediumPowerAFSchottkyDiodeD1,D6,D11InfineonBAT1653UltrafastRectifier/600VD35D4VishayUS1JHE32TVSDiodes-UNI/250VD5,D8VishayP6SMB250CA2UltrafastRectifier/200VD7,D9,D10,D13VishayES1PDHM34TVSD12ONsemiSZ侣MB14CAT3G1SingleIGBTDriverICIC15IC3Infineon1ED020I12FA2Single2-inputANDgateIC2NXP74LVC1G08GW1650VIGBT/HybridPACK2IC4InfineonFS800R07A2E31OperationalAmplifiersIC5AnalogDevicesAD8628WARTZ1LED-SML/RedLD1RohmSML-512UWT861NPNLowSaturationTransistor60VQ1ZetexZXTN2010Z1PNPLowSaturationTransistor60VQ2ZetexZXTP2012Z1100/0603/1%R15R3,R6,R8RohmMCR03EZPFX100044.7k/0603/1%R2,R4,R7,R9RohmMCR03EZPFX470142.2k/0603/1%R5RohmMCR03EZPFX220111.0k/0603/1%R105R265R28RohmMCR03EZPFX1001310/0603/1%R11,R12,R13RohmMCR03EZPFX10R036.8/2010/1%R14,R16,R19,R21VishayCRCW20106R80FKEFHP43.9/2010/1%R15,R18,R20VishayCRCW20103R90FKEFHP347/0805/1%R17RohmMCR10EZPF47R0116/1210/1%R22VishayCRCW121016R0FKEFHP13.0/1206/1%R23VishayCRCW12063R00FKEFHP110k/0603/1%R24,R27,R29RohmMCR03EZPFX100230/0603/5%R25RohmMCR03EZPJ0001JSTHVDConnector0