33KV英飞凌IGBT驱动设计.docx

3.3kV的IGBT模块驱动设计分析 更新于2011-11-14 13:17:18 文章出处:与非网 /search/?keyword=3.3kV的IGBT；驱动设计；安全隔离；短路searchselect=site3.3kV的IGBT；驱动设计；安全隔离；短路 摘要：英飞凌3.3kV的IGBT模块已被客户广泛使用，它的驱动设计在许多方面都有别于1.7kV和1.2kV的模块。所以需要对该电压等级的IGBT的驱动电路作些细节分析。关键词：3.3kV的IGBT；驱动设计；安全隔离；短路Abstract:? Infineon 3.3kV modules have been accepted by a lot of customers for their high power designs. The driver board for 3.3kV IGBT modules has some difference from 1.2kV and 1.7kV modules. It is necessary to do some detail analysis for 3.3kV driver schematic circuit.Key word:? 3.3kV IGBT, driver design, safe isolation, short circuit0.? 引言 英飞凌3.3kV的IGBT模块作为一款成熟的产品，芯片技术已经从第二代发展到了第三代。不少传统的传动行业客户会使用3.3kV等级的模块，轨道交通牵引行业更是大量使用3.3kV等级的模块。高压变频行业客户也正逐步采用3.3kV系列模块进行技术更新，以替代传统1.2kV，1.7kV级联模式的复杂系统。因此，对3.3kV等级的IGBT模块驱动电路进行研究十分有意义。目前，市场上专业驱动器生产厂商有相关配套驱动器产品提供给客户选择，但是做为一款广泛应用的模块产品，很有必要做更深入的细节分析，希望能够帮助客户更安全合理的使用3.3kV系列模块产品。英飞凌作为全球最大的功率半导体厂商，总部位于德国慕尼黑，可以提供从发电、输电到用电整个链条所需的功率半导体和功率模块。英飞凌科技（中国）有限公司是2003年7月在上海成立的，除了负责中国区的市场和销售外，还拥有应用研发中心。其中有关IGBT模块的支持则是亚太区的应用技术中心。多年来，在半导体解决方案和客户服务上持续在业内居于领先。对于3.3kV的驱动，无论是电路本身还是并联使用时的均流问题，英飞凌都有合适的解决方案。所有相关测试都是在英飞凌上海的实验室完成。本文主要从安全隔离、门极电路、有缘钳位和短路保护这几个方面来简单介绍下设计时要注意的事项。这里借助一款使用英飞凌驱动芯片1ED020I12的3.3kV驱动设计来作分析，图1和图2分别为驱动板和适配板的实物图。另外，英飞凌还能够提供3.3kV并联方案的测试板。? ? ? 图1? 3.3kV驱动板? 图2? 3.3kV有源适配板1.? 驱动的安全隔离在设计高压IGBT驱动电路时，首先要考虑的就是安全隔离的问题。不同电压等级的IGBT模块有不同的隔离要求，包括驱动信号与主电路的隔离以及初级供电电源与主电路的隔离。驱动信号与主电路的隔离可以用光纤来实现。用光纤隔离不仅绝缘好，使用方便，而且抗干扰能力也强。使用光纤连接信号时要注意光纤收发器的工作温度，常见的塑料光纤，工作温度最高不超过85℃，可靠的工作环境温度一般是0℃～70℃。3.3kV的IGBT模块一般都是螺栓式的端子，驱动板常常直接安在模块上，这样可以减小门极驱动电路的寄生参数，也可以使各种保护电路快速的反应。但是，如果整个系统实际工作时，驱动板的环境温度高于70℃，那么就会导致光纤收发信号不正常。所以，建议让光纤收发器远离热源，布电路板时预留一定的散热空间，或者干脆把含有光纤收发器部分的驱动电路独立出来，不要放在类似功率模块这样的热源附近，如图1、图2那样。供电电源与主电路的隔离可以用绝缘等级高的变压器或者电源模块来实现。选择时不仅要注意绝缘电压的高低还要注意输入和输出之间dv/dt 耐力的大小，较高的dv/dt 耐力能增强电源共模抑制能力，降低信号干扰。比如图1中黑色的电源模块LLHVI-156016-09/4，它的绝缘电压可以达到10kV，dv/dt耐力大于100kV/us，能提供三路隔离电压输出，分别为-9V，+15V和+60V，可提供关断IGBT时所需要的负电压，以及高压IGBT模块短路VCE检测时所需要的高压（具体用法后面会介绍）。它的最高工作环境温度为70℃，而且输出是没有经过稳压的，所以在电路外围还需要有相应的稳压电路。2.? 门极电路设计IGBT门极驱动电阻、电容等都应该尽量靠近模块端子放置。3.3kV的模块关断过压较