无磁心变压器技术在igbmosfe中的应用

无磁心变压器技术在igbmosfe中的应用

大型igdt驱动装置是一个通用的元件，其主要用途是高边驱动隔离。本文介绍基于无磁心变压器技术的半桥驱动器2ED020I12-F，及其发展前景。无磁心变压器技术优缺点现在实现中小功率装置的电气安全隔离功能最常用的方法是：光电耦合器、隔离变压器或集成电平位移，而每种方法都有其优缺点。无磁心变压器技术集中了它们的优点，同时又避免了那些缺点。更详细地来说就是具有更高的电气隔离能力，稳定的可靠性，封装尺寸小，与其他逻辑功能更便于集成，以及更高的效率。CLT的基本原理就是在半导体之内植入微小变压器，提供电隔离和输入与输出间的信号传输。ed2c0i12-f电隔离无磁心变压器技术在IGBT/MOSFET驱动中最典型应用是驱动器2ED020I12-F，可以替代目前的光电耦合器、隔离变压器或集成电平位移的解决方案。2ED020I12-F包含两个驱动器，高边与低边通过无磁心变压器实现电隔离。其主要特点：(1)全负载电压可达1200VDC。(2)栅极驱动电压范围从13～+18V。(3)栅极驱动峰值电流+1A/-2A(拉电流/灌电流)。2ED020I12-F的内部结构框图，如图1所示。最大开关频率2ED020I12-F不仅可以作为IGBT的驱动芯片，由于额定的最大开关频率可以稳定达到60kHz，它同样适用于场效应晶体管MOSFET。因此可应用于：(1)中低功率AC和BLDC(无刷直流)驱动的3相变换器。(2)直流半桥驱动器或SMPS。1.低边选择时的驱动和检测保护高边驱动器电源的简易解决办法是通过一个自举电路实现。而最简单的自举电路可由一个二极管和一个电容组成。这些器件选择由以下因素决定：1)二极管的击穿电压必须要大于加在其上的直流母线电压。比如说，一个800V的系统，选择1200V的二极管是比较合适的。2)由电容提供的电压需要持续保持比驱动器的UVLO门限大一些。由式(1)计算出的自举电容的值具有足够的安全性。式中QG——门极电荷；Iq——驱动器的静态电流；IL——电容器的漏电流(只涉及电解电容器)；fS——开关频率；VDD——电源电压；VF——自举二极管的正向电压跌落值；VCE——低边IGBT集电极-发射极的电压值(MOSFET的源-漏极电压)。低边驱动器能够处理中等功率变换器的接地波动。但是，地引脚GND与芯片的接地端GNDL必须用尽可能短的线连接，如图2所示。这样，可以减少由接地波动引起的压降。因此，驱动器的参考接地点的定义必须与应用相一致。例如：1)若不并联电阻，驱动器的接地点等效于低边IGBT的发射极或场效应管的源极。2)若使用了并联电阻，驱动器的接地点必须连在发射极或源极。在这种情况下，驱动器和微控制器的接地点是通过并联电阻分开的。这样可以保证通过并联电阻的电流不包括门电流。3)在另一种情况下，驱动器的接地点和微控制器是一样的，并联电阻会像附加的普通的低边发射极或源极电阻那样工作。对于低功率甚至一些中等功率的应用来讲，通过一个门电阻将IGBT或者场效应管与2ED020I12-F相连是基本够用的。阻值可由以下公式确定式中R1,2(min)——门电阻的最小值。要考虑到驱动器内部和IGBT/MOSFET本身的电阻值；ΔUGE——最大电压差。对于0V/15V的驱动器ΔUGE=15V。自举电路产生的压降(如UF和UCE)会导致最大电压值的降低；IG(max)——门极最大允许峰值电流。在一些中等功率的应用中，可能会要求更高的拉电流和灌电流，一般不低于+1A/-2A，这样就需要附加一个升压器，如图3所示。集成运放和比较器非常适合探测过电流(OC)和短路电流(SC)。图4描述了在半桥的低边使用分流电阻的检测保护电路。万一过流或短路达到由比较器的R7和R8设置的门限电压，电路会产生一个故障信号。这个电路的好处是：半桥驱动芯片不仅可以控制开关功率半导体，还可以用作测量。这样就不需要单独的运放或比较器。另外，在复杂的情况下，驱动器需要组合运放和比较器。比较器用作检测过电流，另一个检测短路电流。任务不同可分别由RC确定的时间常数决定。2.定uvlo功能模块2ED020I12-F初级具有互锁功能，可避免由微控制器产生错误的输入信号或EMI同时开关半桥的高边和低边造成短路。另一个特点是具有欠压锁定(UVLO)功能，可防止高边或低边用低电压驱动IGBT或MOSFET，进而防止功率半导体运行在高耗散工作模式。此外，驱动器包含低通数字滤波器，可以在不增加传输延迟时间的情况下安全地处理信号尖峰。5V)2ED020I12-F还有一个关断输入使能端，可控制高边和低边驱动器。关断输入信号受控于如图5所示的故障定时电路，可使触发输入信号延迟t=R3C4。“/Triggerin”引脚的输入信号可由图4所示的电路提供。3.避免igbt或mosfi市场感染除了内部保护措施，在一些应用中外部保