典型驱动模块解析及应用

三相VSI中，一相桥臂上下开关管的典型开关信号如图8-32所示。图8-32a给出了理想情况下的波形，实际的开关信号应如图8-32b所示，由关断向导通过的开关信号中需要加入死区时间（deadtime），以避免出现上下开关同时导通的“直通”现象。死区时间的设置可以在软件中由PWM信号发生单元设置，也可以通过硬件电路来实现。

图8-32 一相桥臂上下两路PWM信号示意图

系统的控制电路输出PWM电平信号，但是它不能直接驱动大功率IGBT，图8-3中驱动电路的功能是将此信号进行电压与功率放大，对控制电路和主电路实现电气上隔离，同时检测IGBT的工作状态以对其进行保护，检测到故障时提供一个故障信号（FO）给DSP，使控制系统及时做出响应。

典型驱动电路功能框图如图8-33所示，VCC与GND向驱动电路板提供工作电源，复位信号（RESET）是DSP控制系统“使能”驱动电路的控制信号，G、E用来对IGBT进行驱动；C、E用来对IGBT进行监测，判断IGBT是否过电流和短路。

图8-33 典型驱动电路功能框图

由于IGBT是电压型控制元件，驱动电路相对简单，这就更强调了驱动电路对IGBT的保护功能。目前，许多公司将大功率IGBT的驱动电路做成模块，大大方便了IGBT的应用。主要的IGBT驱动模块有日本富士公司的EXB系列、英达公司的HR系列、三菱公司的M57962、CONCEPT公司的SCALE系列、德国SEMIKRON公司的SKHI系列等产品。

1.M57962驱动芯片

M57962是三菱公司生产的厚膜集成电路，主要特点有：输入、输出电平与TTL电平兼容，适于单片机控制；内部有定时逻辑短路保护电路，同时具有延时保护特性；具有可靠通断措施（采用外部双电源供电）；驱动功率大，可以驱动600A/600V或400A/1200V的IGBT模块。图8-34给出了该驱动芯片的内部功能原理框图。

图8-34 M57962芯片内部功能原理框图与芯片外形图

M57962为单列直插式封装，共14引脚（9～12为空端引脚，如图8-34所示），其典型应用电路如图8-35所示。引脚1为故障检测输入端，引脚2的外部连接一个小电容到引脚4可用来延长故障检测的时间（不用时可以悬空），引脚4接正电源，引脚5为驱动信号输出端，引脚6接负电源，引脚7用来对检测到故障后的软关断驱动波形进行设置（需要时，在引脚7与引脚6之间连接小电容），引脚8提供故障信号输出，引脚13和引脚14为驱动信号输入端。

在IGBT导通状态下，当检测到引脚1的输入电压为15V时，模块判定主电路出现过电流，立即输出关断信号，将IGBT的GE两端置于负偏压（-V_EE）状态下；同时引脚8输出低电平，从而向外界输出故障信号。延时2～3秒后，若检测到引脚13为高电平，则M57962恢复工作。稳压管DZ₁用于防止VD₁击穿而损坏M57962，R_G为门极限流电阻。

图8-35 典型的M57962应用电路图

2.SCALE系列驱动模块

瑞士CONCEPT公司的SCALE（Scaleable，Compact，All purpose，Low cost and Easy to use的首字母缩写）驱动模块是功能完善、应用成熟的系列驱动模块。以2SD315AI为例，它可以驱动两路IGBT，如图8-36所示，它有两种工作方式：直接方式和半桥方式。在直接方式下，驱动器的驱动通道彼此之间没有联系，两个通道可同时被驱动。在半桥方式下，驱动器通过外接RC电路产生一个从100ns到几个μs的死区时间，两个通道不可同时输出高电平。

SCALE驱动器由三个功能单元组成。第一个功能单元是逻辑与驱动电路接口（Logic & Driver Interface，LDI），用于驱动两个通道。加在输入端INA和INB的PWM信号经过处理后，其驱动信息被分别送到每个驱动通道的脉冲变压器。由于变压器不宜传输频率范围和占空比都比较宽的PWM信号，LDI主要用来解决这个问题。

LDI的主要功能如下：(www.xing528.com)

1）为用户提供一个简单的接口，它的两个信号输入端都有施密特触发电路；

图8-36 SCALE系列驱动模块内部单元功能原理图

2）提供简单的逻辑电源接口；

3）在半桥方式中产生死区时间；

4）对PWM信号进行编码，以便通过脉冲变压器传输；

5）评估脉码状态识别信号及随后的缓冲，以便为用户提供一个准静态的识别信号。

SCALE驱动器可与任何逻辑接口和电平兼容，无须附加其他电路。脉冲变压器负责驱动信号的隔离，同时可将来自每个通道的信息反馈给LDI。

SCALE模块的第二个功能单元是智能门极驱动器（Intelligent Gate Driver，IGD）。每个驱动通道都有一个IGD，其主要功能如下：

1）接受来自脉冲变压器的脉码信号，并将其复原成PWM信号；

2）对PWM信号进行放大，并驱动功率管；

3）对功率器件进行短路及过电流保护；

4）欠电压监测；

5）产生响应和关断时间；

6）把状态识别信号传输给LDI。

第三个功能单元是集成DC/DC电源。所有标准的SCALE驱动器都有一个DC/DC变换器，以便为各个驱动通道提供工作电源及相应的电气隔离，该驱动器只需一个稳定的外部15V直流电源。

SCALE的每个通道都有V_CE监测电路，电阻R_th用来定义关断电压阈值，原理如图8-37所示。一旦检测出IGBT的V_CE电压被超出或欠电压故障，IGD立即产生关断信号，驱动电路立即关闭功率管，同时不再接受驱动信号，将故障信息反馈给LDI，并输出到SOX端口。驱动器不再接受任何驱动信号直到封锁时间过去，如果没有外加驱动信号，故障信息会一直保持在LDI中，这时可通过将VL/RESET端子的电平拉低清除故障信号，如果在封锁时间过后再次接收到驱动信号，故障信息将自动清除。

图8-37 2SD315A与IGBT模块连接示意图