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作者: 发布时间:2012-05-23 来源: 繁体版
 引言
  Mini-SPM系列产品,为低功率 (100W ~ 2.2kW) 电机驱动电路提供高效率、高可靠性和设计简便的方案。Mini-SPM采用内置高压驱动IC (HVIC) 作为栅极驱动电路,使设计更简单紧凑,从而大幅降低整个系统的成本并提高

 引言es4自动化在线网
  Mini-SPM系列产品,为低功率 (100W ~ 2.2kW) 电机驱动电路提供高效率、高可靠性和设计简便的方案。Mini-SPM采用内置高压驱动IC (HVIC) 作为栅极驱动电路,使设计更简单紧凑,从而大幅降低整个系统的成本并提高可靠性,并且更为系统设计人员带来极佳的高压侧栅极电路设计灵活性。本文着重讨论Mini-SPM采用的高压侧栅极驱动电路的特点和优点。设计中采用外接栅极电阻优化开关损耗和开关噪声之间的权衡,降低可能引起HVIC误操作的电压应力。本文中的讨论在通常情况下适用于所有IGBT驱动IC种类。es4自动化在线网

图1为此种Mini-SPM的外观和内部功能块图es4自动化在线网

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  飞兆半导体已开发出Mini-SPM的最新版本,其额定功率为600V×(3~30)A。图1和图2所示分别为此种Mini-SPM的外观和内部功能块图。由于Mini-SPM具有低成本、高效率、高可靠性和设计简单的优点,因此广泛应用于空调、洗衣机、冰箱和其它工业应用中。es4自动化在线网

图2为此种Mini-SPM的外观和内部功能块图es4自动化在线网

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  Mini-SPM最突出的特点之一是给予最终用户很大的设计灵活性,能够大幅提高系统的整体性能。Mini-SPM采用3个独立N极接线端子结构,有助用户方便、高效地检测各相的负载电流,从而实现高效率、低成本电机驱动算法。高压侧外接栅极电阻能让设计人员调节Mini-SPM的开关速度,此举有助于优化开关损耗和开关噪声,并且降低电压应力(可能在极端条件下引起HVIC闭锁)。es4自动化在线网
  本文着重介绍终端用户可以通过这类产品具备的一些优点,以及在设计高压侧栅极电阻时应考虑的问题。当然,除Mini-SPM外,这些讨论也适用于一般的逆变器应用。es4自动化在线网

  采用HVIC栅极驱动电路的阻抗元件es4自动化在线网
  图3所示为采用HVIC的栅极驱动电路及其外围电路。这包括了一个外部电路,用来给Mini-SPM的内置HVIC提供自举电压。Mini-SPM具有内置栅极电阻 (RG),并可在高压侧栅极驱动电路添加额外的阻抗。在HVIC和高压侧IGBT发射极之间外接阻抗元件,设计人员可以调节高压侧的开关耗损和开关噪声。es4自动化在线网

图3所示为采用HVIC的栅极驱动电路及其外围电路es4自动化在线网

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  图4给出了不同类型的阻抗元件组合。最终用户可选择其一来控制IGBT开/关速度。类型A(电阻标记为RE(H))因具有实用的功能而得到最广泛应用。至于其它类型,也会得到类型A的效果,但本文主要讨论类型A。es4自动化在线网

图4给出了不同类型的阻抗元件组合es4自动化在线网

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  RE(H)的设计和特征es4自动化在线网
  基本上,选择RE(H)时要考虑两个因素。首先,最终用户要考虑开关损耗与开关噪声 (即dv/dt) 间的权衡,因为RE(H)会影响高压侧IGBT的开关功能。其次,要避免HVIC在极端条件下的误操作,因为如有负压加在Vs端,会导致HVIC闭锁。es4自动化在线网

  A. 开关损耗与开关噪声之间的权衡es4自动化在线网
  高速开关动作会通过系统接地、电机和输出电缆之间的耦合寄生电容 (Cparasitic) 产生噪声电流 (inoise)。  es4自动化在线网

开关损耗与开关噪声之间的权衡 (1)es4自动化在线网
  一般来说,IGBT导通时的dv/dt (即二极管的关断dv/dt) 是EMI噪声的主要致因。es4自动化在线网
  设计栅极驱动电路需要达到两个不同的目标:降低IGBT开关损耗和EMI噪声。与采用固定栅极驱动电路的一般功率模块不同,Mini-SPM支持外接栅极电阻,能够成功实现这两个目标。es4自动化在线网

高压侧栅极驱动电路的栅极电阻aes4自动化在线网
高压侧栅极驱动电路的栅极电阻b es4自动化在线网

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  RE(H)与内部RG一起充当IGBT运行时的栅极电阻。RE(H)越大,开关速度便越慢。当然,开关速度的放慢会在降低噪声的同时增加开关损耗。不过,与内部RG不同,很小的RE(H)便足以降低dv/dt,而且导通时的di/dt也只有微小的增加。这正是RE(H)的主要效用。es4自动化在线网
  如图5所示,在t1区域,RE(H) 的作用只是高压侧栅极驱动电路的栅极电阻。只要它远小于RG,就不会影响导通di/dt,但却可控制dv/dt使其远小于di/dt。在t3区域,HVIC的寄生电容通过RE(H)充电,在RE(H)上产生压降。VGE的降低使导通dv/dt减慢。图6给出了采用这种新型栅极驱动技术来控制导通dv/dt的实验结果。实验中,RE(H)增加到最大值,因为它似乎能在小于1kV/ms的限度内产生足够的dv/dt水平。由于降低导通电流会在IGBT导通开启时产生较高的dv/dt,实验中的导通电流设为1A。尽管RE(H)增加了,di/dt仍保持不变。不过,dv/dt 却显著下降。


采用Mini-SPM设计高压侧栅极驱动电路
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