摘要：針對大功率ICBT的驅(qū)動問題，詳細介紹了一種大功率IGBT專用驅(qū)動模塊2ED300的內(nèi)部結構、參數(shù)設置及性能特點。以驅(qū)動800A／120 0V的IGBT為例，設計了2ED300在直接模式下的外圍應用電路。并對應用中需要注意的關鍵問題進行了分析和討論，最后給出了實際的驅(qū)動波形。
關鍵詞：2ED300；驅(qū)動模塊；過流保護；絕緣柵雙極性晶體管

    功率開關管的安全可靠驅(qū)動是功率變換器必須解決的問題。IGBT常用驅(qū)動模塊有TLP250、M57962以及EXB841／840等，而應用在大功率或超大功率(75kW～1MW)場合下的IGBT由于其特殊性(瞬時驅(qū)動電流大，可靠性要求高)，傳統(tǒng)的驅(qū)動電路已經(jīng)不能滿足其使用要求，因此2SD300驅(qū)動模塊作為大功率IGBT專用驅(qū)動電路應運而生。

1 2ED300模塊簡介
    2ED300驅(qū)動模塊是德國Eupec公司在2004年生產(chǎn)的驅(qū)動和保護大功率IGBT的專用集成驅(qū)動模塊。它在最近兩年才進入中國，因其集成度高、外圍電路設計簡單、功能齊全等優(yōu)勢，很快在大功率功率電源領域得到廣泛的應用。
    該模塊采用脈沖變壓器隔離方式，能同時驅(qū)動兩個IGBT模塊，可提供±16V的驅(qū)動電壓和±30A的峰值電流，具有準確可靠的驅(qū)動功能與靈活可調(diào)的過流保護功能，同時可對電源電壓進行欠壓檢測，并具有動態(tài)電壓上升控制功能(“DVRC”功能)，電氣隔離可達到5000VAC。
1．1 外形及管腳功能
    圖1所示為2ED300模塊外形圖，該模塊共有45個管腳，具體功能如下：

    1，2，3腳(VDD)：信號電源；
    4，10腳(Fault)：故障信號輸出；
    5腳(Reset)：通道A、B邏輯復位；
    6，8腳(CA，CB)：半橋模式下死區(qū)時間設定；
    7，11腳(INB，INA)：PWM輸入；
    9腳(Modus)：模式選擇；
    12，13腳(GND)：信號地；
    14～18腳(GND)：驅(qū)動電源地；
    19～23腳(VDC)：驅(qū)動電源；
    24，36腳(E.B，E.A)：外部故障狀態(tài)輸入；
    25，37腳(Vce set B，Vce set A)：IGBT飽和壓降輸入；
    26，38腳(RC B，RC A)：RC參考電位網(wǎng)絡；
    27，39腳(Sense B，Sense A)：DVRC信號輸入；
    28，29腳(Vb-，Vb+)：B通道±16V緩沖電容；
    30，31腳(COMB)：B通道±16V參考點；
    32，33腳(Gate B)：B通道驅(qū)動柵極；
    40，41腳(Va-，Va+)：A通道±16V緩沖電容；
    42，43腳(COMA)：A通道±16V參考點；
    44，45腳(Gate A)：A通道驅(qū)動柵檄。[!--empirenews.page--]
1．2 主要參數(shù)
    2ED300主要參數(shù)如下：
    ◇供電電壓VDD和VDC：14～16V(推薦15V)；
    ◇邏輯信號輸入電平：VDD；
    ◇門極峰值電流lout：±30A；
    ◇內(nèi)部開關電源輸出功率：8W；
    ◇輸入輸出隔離電壓：5000VAC；
    ◇工作溫度：-25～85℃；
    ◇半橋模式最小死區(qū)時間tTD：1μs；
    ◇脈沖信號傳輸時間tpd(on)：650ns；
    ◇最小輸入脈沖寬度tmd：400ns；
    ◇Vce set電壓范圍：2～9V；
    ◇INA／B無PWM輸入復位時間：50ms；
    ◇最大電壓上升率：50kV／μs；
    ◇最高工作頻率：60kHz。

2 內(nèi)部結構及性能特點
2．1 內(nèi)部結構
    圖2為2ED300的內(nèi)部功能模塊框圖。它主要由DC／DC轉(zhuǎn)換電路、輸入信號處理電路、輸出驅(qū)動電路及邏輯保護電路組成。

    (1) DC／DC轉(zhuǎn)換電路
    模塊內(nèi)部集成了專門的DC／DC變換器，用以提供驅(qū)動昕需的電壓。變換器輸入為DC14～16V，輸出為±16V，中間有變壓器隔離，功率為8瓦，瞬態(tài)輸出電流最大值為30A。
    (2)輸入信號處理電路
    主要實現(xiàn)工作模式選擇、模塊復位、PWM脈沖的處理、死區(qū)時間設置及故障信號輸出等功能。
    (3)輸出驅(qū)動電路
    主要實現(xiàn)驅(qū)動脈沖的整定、故障信號存儲、功率放大及軟關斷參數(shù)的設置等功能。
    (4)邏輯保護電路
    主要實現(xiàn)IGBT飽和壓降的檢測、輸出欠壓的監(jiān)測、外部故障信號監(jiān)測的設置等功能。[!--empirenews.page--]
2．2 性能特點
    功率開關管的驅(qū)動模塊種類繁多，與其他驅(qū)動模塊相比，2ED300具有以下顯著特點：
    (1)帶載能力強，可驅(qū)動多只并聯(lián)的大功率ICBT；
    (2)可靈活定義邏輯電平，選擇不同工作模式；
    (3)具有欠壓監(jiān)測、短路和過流保護功能；
    (4)死區(qū)時間可以任意設定；
    (5)模塊的復位與重啟功能；
    (6)IGBT關斷電壓上升率(dv／dt)的監(jiān)測，可以實現(xiàn)軟關斷(SSD)功能。
    (7)可以實現(xiàn)過熱等外部故障信號的保護功能。

3 2ED300在實際中的應用
3．1 應用實例
    筆者曾參與研制了170kW的大功率Boost DC／DC變換器，主功率開關器件選用的是Eupec公司生產(chǎn)的800A／1200V IGBT-FF800R12KF4，兩只并聯(lián)，下面以此為例對2ED300的應用問題展開分析和討論，應用電路如圖3所示。

    (1)模塊輸入端參數(shù)選擇
    ①工作模式選擇
    IGBT工作于直接模式下，9腳(Modus)接地；死區(qū)設置腳6，8(CA，CB)通過電容C2、G3接地。
    ②保護信號、復位信號的處理
    故障信號輸出腳4，10(Fault)通過上拉電阻R1送控制回路；復位5腳(Reset)直接送控制回路，如果不需要陔功能，接地即可。
    (3)驅(qū)動輸入電源的處理
    19～23腳(VDC)和14～18腳(GND)之間應接≥220μF電解電容，推薦值為470μF，并盡量靠近模塊。
    (2)模塊輸出端參數(shù)設計
    ①IGBT的連接
    主要問題是柵極電阻(R3、R7)的計算，以及漏極阻斷二極管(D1～D4)的選擇，另外需要注意，柵源極之間應接穩(wěn)壓二極管和放電電阻，盡量靠近IGBT。[!--empirenews.page--]
    ②IGBT過流飽和壓降檢測電路參數(shù)計算
    該參數(shù)的設置非常重要，包括參考電位Vref和監(jiān)測電位VCE的設置，主要通過37，38腳的RC參考電位網(wǎng)絡來設置，對應IGBT過流時間和飽和壓降的大小，應根據(jù)所驅(qū)動IGBT的型號確定參數(shù)值，圖4是正確的設置曲線。

    ③軟關斷參數(shù)設置
    對應圖中的Sense X引腳，兩路分別由R4、R8來設置，和IGBT的輸入電容Cies有很大關系，IGBT越大，該值越小，F(xiàn)F800R12KF4對應的電阻值為7．5K。
    ④輸出電源的處理
    需要特別指出的是28，29腳(Vb-，Vb+)和30，31腳(COMB)之間需要并聯(lián)緩沖電容，否則將嚴重影響驅(qū)動波形，更嚴重的后果將造成IGBT的損壞。
3．2 實驗結果
    圖5是示波器采集到的所設計電源的IGBT驅(qū)動波形。

    從上圖可以看到，IGBT驅(qū)動波形上升下降速度適中，平臺幅值為±16V。但是高低電平的平臺有一定斜度，主要原因是2ED300模塊引腳Vb±和COMX之間未加緩沖電容(E2～E5)或取值太小，Ex最好使用鉭電容，推薦值為220μF。
3．3 設計中需要注意的問題
    (1)模塊2ED300外圍參數(shù)的設置取決于應用模式和驅(qū)動ICBT的型號
    首先要確定工作于直接模式還是半橋模式，然后根據(jù)所選擇ICBT的型號查產(chǎn)品手冊確定陔型號IGBT的Cies值進行計算，并且還要通過實驗對參數(shù)進行整定，得出較適合的參數(shù)才能確保模塊安全可靠工作。
    (2)2ED300與IGBT之間的布線需要特別的注意
    柵極驅(qū)動布線對防止?jié)撛诘恼袷?、減慢門極電壓的上升、減少噪聲損耗、降低門極電源電壓或減少門極保護電路的動作次數(shù)有很大的影響。因此，必須將模塊的輸出級和IGBT之間的寄生電感減至最低，即盡量減小二者之間的距離，并且用絞線傳遞驅(qū)動信號。

4 結束語
    2ED300模塊具有很強的動態(tài)驅(qū)動能力，包含有完善的短路過流保護和電源監(jiān)控功能，外圍路簡單可靠，使用方便靈活，應用場合廣泛，是一款性能優(yōu)良的驅(qū)動模塊。設計時充分考慮其特點，通過合理設置外同參數(shù)，保證安全可靠的驅(qū)動大功率開關管IGBT工作，可以在工程中推廣應用。