自举式2ED020I12-F芯片在IGBT驱动电路中的应用

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1、自举式2ED020I12-F芯片在IGBT驱动电路中的应用驱动/自举/2ED020I12-F/IGBT1 引言   随着电力电子技术的发展，各种开关器件如powerMOSFET、IGBT（绝缘栅双极晶体管）等功率开关器件得到越来越广泛的应用，同时各种开关器件的驱动芯片也同样得到了高度的重视。目前大多数的驱动集成电路采用直接驱动或隔离驱动的方式。隔离驱动的集成驱动芯片，如EXB841系列、TLP250等，这种芯片的特点是只能驱动单个功率管，且每路驱动都要一组独立的电源，增加了电源电路和驱动电路设计的复杂性。德国英飞凌公司生产的2ED020I12-F

2、驱动芯片是一种双通道高压、高速电压型功率开关器件栅极驱动器，具有自举浮动电源，驱动电路简单，单片2ED020I12-F驱动芯片可同时驱动逆变电路上下桥臂，三相桥式逆变电路仅用一组电源即可。使用2ED020I12-F驱动芯片可以减小装置体积，降低成本，提高系统的可靠性。2 2ED020I12-F驱动芯片的内部结构和特点   2ED020I12-F芯片内部结构如图1所示，其中包括：逻辑逻入、电平转换、欠电压保护、无核心变压器（CLT），一个通用运算放大器和一个通用比较器。   芯片采用上下桥臂分别独立供电，当VSH和VSL两端电压均在13V~18V之

3、间时，驱动芯片正常工作，当两端电压低于11V时，芯片内部启动欠电压保护；逻辑输入端采用施密特触发电路，提高抗干扰能力，输入逻辑电路与3.3V和5V的TTL电平兼容；当/SD引脚为低电平时，InH和InL封锁脉冲，模块关闭信号输入；当InH和InL同时为高电平时，模块自动检测到逻辑错误，关闭驱动芯片输出。通用的运算放大器和比较器可以用于逆变桥下桥臂IGBT的电流检测。   为了保证信号传输时上下桥臂各通道相对独立，在芯片内部上桥臂端引入一个微小无核心变压器（CLT）作为上桥臂和下桥臂之间的电气屏蔽层。信号在无核心变压器（CLT）一侧通过专门的编码发

4、射器发送，在另一侧以相应的接收器恢复。通过这种方式，由GNDH（dVGNDH/dt或磁通量（dΦ/dT）的变化而产生的EMI可以得到很好抑制。为了补偿发射器传输、无核心变压器和接收器所产生的传输延迟，在下桥臂引入了一个专用的传播延迟（Delay）。这种无核心变压器的隔离方式不仅集中了光耦隔离和集成电平位移等方法的优点，而且避免了缺点。提供了可靠的电气隔离并且保证了输入输出信号的传输。图1 2ED020I12-F内部结构图2 带外部保护的驱动电路3 2ED020I12-F驱动芯片典型电路工作原理   2ED020I12-F驱动芯片的最大开关频率可以

5、稳定的达到60kHz，所以它既可以驱动IGBT，又可以驱动场效应管MOSFET。所以2ED020I12-F驱动芯片的应用领域非常广泛，可以用于各种中小功率逆变电源，中小功率变频器以及电机马达的驱动电路中。3.1自举电路的设计   自举电路也叫升压电路，通常由二极管和电容组成，利用自举升压电容存储电压，自举升压二极管防止电流倒灌，使电容放电电压和电源电压叠加，从而使电压升高。自举二极管主要用于阻断直流干线上的高压，二极管承受的电流是栅极电荷与开关频率之积。为了减少电荷损失，应选用反向漏电流小的快恢复二极管（高频二极管），例如IN4148、FR107

6、等。   自举电容的选择比较关键，下桥臂导通时给电容充电，当上桥臂导通时电容依靠自身存储的能量维持上桥臂栅极为高电平。如果电容选取的过大，可能使下桥臂关断时电容两端还没有达到要求的电压；而电容选择较小则会导致电容存储的能量不够维IGBT持栅源电压在上桥臂导通时间内为定值。有可能的话最好选择非电解电容，且电容应尽可能的靠近芯片。有公式（1）计算所得的自举电容的值具有足够的稳定性。            （1）式中：QG—门级电荷；   IQ—驱动器静态电流；   IL—电解电容的漏电流；   fs—开关频率；   VDD—电源电压；   VF—自举

7、二极管正向导通电压；   VCE—IGBT下桥臂集射级电压差。   一般情况下为保证自举电容将栅源电压持续一段时间，选电容容值为其最小值的10倍左右。   低端驱动器能够耦合中等功率变换器的接地波动。但是，这里要求电路板上驱动芯片的GND引脚和GNDL引脚必须以尽可能短的线连接，可以减小由于接点波动引起的压降。3.2电流检测电路   在变频调速系统中，电流检测电路常用来在电动机系统短路或者过电流是进行保护，可见在一个变频调速系统中电流检测是尤为重要的。2ED020I12-F驱动芯片本身具有一个通用运算放大器和一个通用电压比较器，可以很容易得到一个

8、过电流检测的电路。首先通过采样电阻Rsh将电流信号转换成电压信号，通过R3、C7组成的RC滤波电路将电流检测信号Vin送入运算放大器的正