在本系列的第 1 部分中，我們討論了如何正確選擇 IGBT 的控制電壓。這一次，我們將了解有關隔離要求以及如何計算正確的IGBT 驅動功率的更多信息。
對于任何工業(yè)電機驅動，必須確保輸入電路（低壓）和輸出電路（高壓）的電位分離。低壓側與控制電子設備接口，而高壓側連接到 IGBT。隔離是必要的，因為上部 IGBT 的發(fā)射極電位在直流母線的 DC+ 和 DC- 電位之間切換，其范圍可以在數(shù)百或數(shù)千伏之間。根據(jù)應用，必須遵守相應的電氣間隙和爬電距離標準以及符合測試電壓。觀察到的一些典型標準是：IEC60664-1、IEC60664-3、IEC61800-5-1 和 EN50124-1。
IGBT驅動器STGAP2HD 和SiC MOSFET驅動器STGAP2SICD 利用意法半導體最新的電隔離技術,采用SO-36W 寬體封裝,能夠耐受6kV瞬變電壓。此外,±100V/ns dv/dt 瞬變耐量可防止在高電噪聲工況下發(fā)生雜散導通現(xiàn)象。這兩款驅動器都提供最高4A的柵極控制信號,雙輸出引腳為柵極驅動帶來更多靈活性,支持開通和關斷時間單獨調整。有源米勒鉗位功能可防止柵極在半橋拓撲快速換向過程中出現(xiàn)尖峰電壓。
電路保護功能包括過熱保護、安全操作看門狗,每個通道都有欠壓鎖定 (UVLO)機制,防止驅動器在危險的低效模式下啟動。按照 SiC MOSFET的技術要求,STGAP2SICD 提高了 UVLO的閾值電壓,以優(yōu)化晶體管的能效。
每款器件都有一個在雙低邊不對稱半橋應用中同時開通兩個通道的iLOCK 引腳和防止在傳統(tǒng)的半橋電路中出現(xiàn)直通電流的互鎖保護機制。這兩款驅動器在高壓軌上的額定電壓都達到 1200V,輸入到輸出傳播時間為 75ns,PWM控制精度很高。
意法半導體的新雙通道電流隔離柵極驅動器具有專用的關斷引腳和制動引腳,以及待機省電引腳,目標應用包括電源、電機、變頻器、焊機和充電器。此外,輸入引腳兼容最低3.3V的TTL和 CMOS 邏輯信號,以簡化驅動器與主微控制器或DSP處理器的連接。
在最簡單的情況下，僅將半橋的上部 IGBT 與下部 IGBT 分開可能就足夠了。如果微控制器也參考直流電勢，這通常是可能的。根據(jù)應用，建議或要求隨后分離與用戶界面的互連。這主要是為了對噪聲和共模接地效應進行基本隔離。在大功率應用中，每個 IGBT 都進行隔離，每個驅動器都有自己的電源，如圖 1所示。
圖 1. 具有隔離柵極驅動的三相逆變器（注：所有柵極驅動器均由單獨的隔離電源供電）
如圖 2所示，對于發(fā)射極處于 DC 電位的開關，電源的復雜性可以得到簡化。
圖 2. 具有隔離柵極驅動的三相逆變器（注：較低的柵極驅動器由公共電源供電）
現(xiàn)在，讓我們學習如何計算 IGBT 需要多少柵極驅動功率。在驅動 IGBT 時，兩個柵極電壓電平之間的轉換需要在柵極驅動器、柵極電阻器和 IGBT 之間的環(huán)路中消耗一定量的功率。這個數(shù)字通常稱為“驅動功率 - P DRV”?！?該驅動功率由柵極電荷 Q Gate、開關頻率 f IN和實際驅動器輸出電壓擺幅 ΔV Gate計算得出：
P DRV = Q Gate * f IN * ΔV Gate
如果存在外部電容器 C GE（輔助柵極電容器），則柵極驅動器還需要對該電容器進行充電和放電，如圖 3所示。
圖 3. 具有用于計算柵極功率的柵極驅動電路的 IGBT
只要 C GE在一個周期內完全充電和放電，R GE的值就不會影響所需的驅動功率。所需的驅動功率變?yōu)椋?/span>
P DRV = (Q Gate * f IN * ΔV Gate ) + (C GE * f IN * ΔV GATE 2 )
應該注意的是，只要開關轉換從完全開啟到完全關閉再返回，驅動功率不取決于柵極電阻的值或占空比。此外，這些等式在非諧振柵極驅動中也是正確的。這是 IGBT 所需的總驅動功率，但驅動 IGBT 的柵極驅動器也會消耗一些功率。應該添加此功耗以獲得柵極驅動功率的最終值。
P DRV = (Q Gate * f IN * ΔV Gate ) + (C GE * f IN * ΔV GATE 2 ) + P driver
這是否涵蓋了優(yōu)化 IGBT 柵極驅動器所需的知識？你還想學什么？
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