1、CONCEPT 2SP0115T 初稿IGBT-D Page 12SP0115T 描述和应用手册带电气接口的 17mm 双 IGBT 模块的驱动解决方案，可用于具有并联能力的 2 电平，3 电平和多电平逆变器拓扑。摘要2SP0115T 是带电气接口的双通道驱动器。该驱动器是基于 CONCEPT 的 SCALE-2 芯片，高度集成技术，适用于 IGBTs 的可靠驱动和安全工作。所有 17mm 双通道 IGBT 模块，都可获得完美匹配的驱动器类型。驱动器的即插即用能力可以安装后立即工作。用户不需要在设计或调节到特定应用方面投入任何的努力。图 1 焊接在 17mm 双通道 IGBT 模块上的 2SP
2、0115T2SP0115T CONCEPT描述和应用手册Page 2 智能电力电子目录系统概述.4成功的六步.51.选择合适的驱动器52.驱动器安装到 IGBT 模块上 .53.连接驱动器到控制电路54.选择工作模式55.检查驱动器功能56 设置和测试功率叠加5机械尺寸.7连接器 X1 的管脚定义.8连接器 X1 的推荐接口电路8接口 X1 的描述9概述.9VCC 端子9MOD（模式选择）10INA， INB（通道驱动输入，例如 PWM）10SO1，SO2（状态输出）11TB（调节闭锁时间的输入） 11接口 X2 的描述11NTC 端112SP0115T SCALE-2 驱动器具体怎样工作？
3、.12概述.12电源和电气隔离.13电源监测13Vce 监测/短路保护.14IGBT 的动态性能14IGBT 的导通/二极管整流.14IGBT 关断15先进有效钳位152SP0115 的并联连接16CONCEPT 2SP0115T 初稿IGBT-D Page 33 电平和多电平拓扑18低电感分布18参考目录18信息来源：SCALE-2 驱动器参数表19特殊：定制的 SCALE-2 驱动器19技术支持19质量19免责声明19订购信息20其他产品的信息20制造商202SP0115T CONCEPT描述和应用手册Page 4 智能电力电子系统概述2SP0115T 是由 CONCEPT 研发的，基于高
4、度集成的 SCALE-2 芯片的，即插即用驱动器/1/。是一组专用集成电路（ASICs） ，包含了设计智能门极驱动器需要的主要功能。SCALE-2 驱动芯片是被证明的 SCALE 技术的进一步发展。2SP0115T 驱动器的基本拓扑如图 2 所示。门极电阻和其他关键器件的值，可以在给定的IGBT 模块的特定参数表中可以找到。图 2 2SP0115T 驱动器的基本原理图驱动器包含，最佳并安全驱动相关 IGBT 模块，需要的所有元件：为了使开关损耗最小化的最小的门极电阻，门极钳位，有效钳位二极管（关断时的过压保护） ，Vce 监控（短路保护） ，以及输入电气连接器 X1。甚至，还包含了半桥模式下，
5、设置关断跳闸电位，响应时间和两个通道之间死区时间的元件。它的即插即用能力意味着安装后，它就立即可以工作。在设计和调节驱动器到特定应用方面，用户不需要投入任何的精力。CONCEPT 2SP0115T 初稿IGBT-D Page 5成功的六步以下步骤指出了在功率逆变器中使用 2SP0115T 的简单方式：1.选择合适的驱动器当使用 2SP0115T 驱动器时，你需要注意它们是专门适用于特定类型的 IGBT 模块的。驱动器型号的定义，也包含了对应特定 IGBT 模块的号码（见“订货信息” ） 。对于其他非指定的 IGBT 模块，驱动器是无效的。不正确的使用可能会造成故障。2.将驱动器连接到 IGBT
6、 模块上IGBT 模块和驱动器的任何操作，需符合静电敏感设备保护的通用要求，参考国际标准 IEC60747-1，第 IX 章或欧洲标准 EN 100015（即工作场所，工具等，必须符合这些标准） 。如果忽略了这些要求，IGBT 和驱动器都会损坏。通过焊接相应的端子，驱动器可以很容易的安装到 IGBT 模块上。3.将驱动器连接到控制电路将驱动器插头 X1 连接到你的控制器件上，并给驱动器提供+15V 的电压。4.选择工作模式用输入端 MOD（接口 X1 的管脚 17） ，可以设置工作模式。具体内容，见第 10 页。5.检查驱动器功能检查门极电压：断开状态，正常的门极电压在相关参数表/3/ 中指定
7、有。导通状态，是+15V。并检查，在要求的开关频率下，没有时钟信号的驱动器的输入电流消耗。除非不能连接到门极端，否则在安装前，就应该进行这些测试。6.设置并测试功率叠加启动系统前，建议在功率循环条件下，对每个 IGBT 模块进行单独的检查。通常必须使用到单或双脉冲技术。CONCEPT 特别推荐用户，在最坏条件下，检查 SOA 内部，IGBT 模块的开关，因为这很强的依赖于特定的逆变器结构。2SP0115T CONCEPT描述和应用手册Page 6 智能电力电子即使只测试单个的 IGBT，也必须给系统的所有门极驱动器供电。通过施加负的门极电压，使其他所有的 IGBTs 保持在断开状态。这是非常重
8、要的，在测试状态下，开关 IGBTs。在此处，也可以验证短路特性。然后，系统准备在实际负载情况下启动。这需要由整个布置的热特性决定。必须在指定的温度范围和负载条件下，再次确认系统是否合格。小心：对于高压的所有手动操作可能会危及生命。必须遵守相关的安全规程！CONCEPT 2SP0115T 初稿IGBT-D Page 7机械尺寸电气连接器 X1：FCI 公司的 71918-120LF电气连接器 X2：未装配推荐的电缆连接器：FCI 公司的 71600-020LF推荐的成对绞合扁平电缆：3M TM 公司的 1700/20 或 2100/20 图 3 2SP0115T 机械尺寸2SP0115T CO
9、NCEPT描述和应用手册Page 8 智能电力电子连接器 X1 的管脚定义管脚 定义 功能 管脚 定义 功能1 N.C. 未连接 2 GND 接地3 N.C. 未连接 4 GND 接地5 VCC +15V 电源 6 GND 接地7 VCC +15V 电源 8 GND 接地9 SO2 状态输出通道 2 10 GND 接地11 INB 信号输入 B 12 GND 接地13 SO1 状态输出通道 1 14 GND 接地15 INA 信号输入 A 16 GND 接地17 MOD 模式选择（直接/半桥） 18 GND 接地19 TB 闭锁时间 20 GND 接地连接器 X1 的推荐接口电路图 4 2SP
10、0115T 的推荐用户接口CONCEPT 2SP0115T 初稿IGBT-D Page 9图 5 包括 SCALE-2 驱动器 2SP0115T 和 IGBT 模块的方框图接口 X1 的描述通用2SP0115T 的接口 X1 非产简单，易于使用。驱动器具有以下端子 2 个电源端（但是只需要 1 个 15V 电源） 2 个驱动信号输入 2 个状态输出（故障返回） 1 个模式选择（半桥模式/直接模式） 1 个输入，设置闭锁时间驱动器配备了 1 个 20 针的接口连接器。所有偶数号的管脚用作 GND 连接。奇数号的管脚用作输入或状态输出。建议使用 1 个 20 芯的绞合扁平电缆。每个输入、输出信号和
11、它自己的 GND 线绞合在一起。所有的 GND 管脚在 2SP0115T 驱动器上连接在一起，也应该和控制板连接到一起。这种安排产生的电感非常低，具有高抗干扰性。所有的输入是静电保护的。而且，所有的数字量输入具有施密特触发特性。VCC 端驱动器的接口连接器上具有 2 个 VCC 端，用于给一次侧电子器件和二次侧 DC-DC 逆变器供电。2SP0115T CONCEPT描述和应用手册Page 10 智能电力电子驱动器可以发出的总功率为 2*1W，从+15V 电源流出的最大输入电流约为 0.2A。驱动器限制启动时的浪涌电流。MOD（模式选择）MOD 输入，可以选择工作模式直接模式如果 MOD 输入
12、没有连接（悬空） ，或连接到 VCC，选择直接模式。该模式下，两个通道之间没有相互依赖关系。输入 INA 直接影响通道 1，输入 INB 直接影响通道 2。在输入（INA 或 INB）的高电位，总是导致相应 IGBT 的导通。只有在控制电路产生死区时间的情况下，才能选择该模式，每个 IGBT 接收各自的驱动信号。小心：半桥上的 2 个开关同步或重叠时候，会短路 DC link。半桥模式如果 MOD 输入是低电位（连接到 GND） ，就选择了半桥模式。该模式下，输入 INA 和INB 具有以下功能：当 INB 作为使能输入时，INA 是驱动信号输入（见图 6） 。当输入 INB 是低电位，两个通
13、道都闭锁。如果 INB 电位变高，两个通道都使能，而且跟随输入 INA 的信号。在 INA 由低变高时，通道 2 立即关断，1 个死区时间后，通道 1 导通。死区时间由 2SP0115T 上的电阻设定。图 6 半桥模式下的信号INA，INB（通道驱动输入，例如 PWM）INA 和 INB 是基本的驱动输入，但是它们的功能依赖于 MOD 输入（见上文） 。它们安全的识别整个逻辑电位 3.3V-15V 范围内的信号。它们具有内置的 4.7k 下拉电阻，及施密特触发特性（见给定 IGBT 的专用参数表 /3/） 。INA 或 INB 的输入信号任意处于临界值时，可以触发 1 个输入跃变。 CONCE
14、PT 2SP0115T 初稿IGBT-D Page 11SO1， SO2（状态输出）输出 SOx 是集电极开路三极管。没有检测到故障条件，输出是高阻。开路时，内部 500uA电流源提升 SOx 输出到大约 4V 的电压。在通道“x”检测到故障条件时，相应的状态输出SOx 变低电位（连接到 GND） 。二极管 D1 和 D2（见图 4）必须是肖特基二极管，而且只能在使用 3.3V 逻辑电位的时候使用。对于 5V。 。 。15V 逻辑电位，他们可以被忽略。2 个 SOx 输出可以连接到一起，提供 1 个公共故障信号（e.g.对 1 相） 。但是，建议单独评估状态信号，以达到快速准确的故障诊断。故障
15、条件下，最大的 SOx 电流不应超过驱动器参数表/3/中的设定值。状态信号是怎样处理的a） 二次侧的故障（IGBT 模块短路或电源欠压检测）立即传输到相应的 SOx 输出。在闭锁时间 TB（参阅定时信息的相关参数表。 ）过去后，SOx 输出自动复位（返回到高阻状态） 。b） 一次侧电源欠压同时指示到 2 个 SOx 输出。当一次侧电源欠压消失时（参阅定时信息的相关参数表/3/） ，2 个 SOx 输出自动复位（返回到高阻状态） 。TB（调整闭锁时间 TB 的输入）该端子 TB，允许通过连接 1 个外部电阻到 GND（见图 4） ，来减少工厂设定的闭锁时间。下文的等式计算管脚 TB 和 GND
16、之间的必须连接的电阻 Rb 的值，以设定要求的闭锁时间Tb（典型值）：Rbk=(7650+150*Tbms)/(99-Tbms)-6.8 20ms0.25V/ns ） ，以确保最小的延时抖动。特别是，如果输入信号 INA 和 INB 用 1 个 RC 网络滤波（例如短脉冲抑制） ，必须使用施密特触发缓冲器在 INA 和 INB 上产生 1 个高转换比率。 对于所有的并联连接的驱动器，从主板到驱动连接器 X1 的接口电缆的长度差异应小于 40cm，以确保额外的延时误差小于 2ns。 所有的驱动器必须工作在直接模式。半桥模式不适合 2SP0115T 的并联工作。 在故障关断情况下，必须等到所有并联
17、驱动器的故障反馈复位，以确保所有并联驱动器的闭锁时间已经过去。 并联连接的驱动器的状态输出 SO1 和 SO2 可以单独评估，从而精确故障诊断，否则SO1 和 SO2 也可以连接到一起。正常工作在正常开关工作状态（无故障反馈） ，并联驱动器可以像没有并联连接一样使用。所有并联的 IGBT 模块同步开通和关断。实验室测量已经表明很小的信号延时差异（5ns） ，以及很小的负门极电压差异（1.5uH）短路都已经考虑到了。但是，CONCEPT 还是建议用户在特定应用时检查这一点。电源欠压如果电源欠压，相应的驱动器将发送 1 个故障反馈给相应的 SOx 输出，并立即关断相应的IGBT（s） 。然后建议立
18、即给所有并联的驱动器发送关断信号。然后，经过 1 个短暂的延时后，相应的 IGBTs 将会被关断。2SP0115T CONCEPT描述和应用手册Page 18 智能电力电子3 电平或多电平拓扑如果 2SP0115T 驱动器被用于 3 电平或多电平拓扑，请参考应用手册 AN-0901，在www.IGBT-D 2SP0115T 即插即用驱动器，仍然必须减少 DC-link 杂散电感到大约 40nH100nH。参考目录/1/ “功率芯片智能调谐”Bodos Power System 2007 年 5 月/2/ “SCALE 驱动器的描述和应用手册” CONCEPT/3/ 2SP0115Txxx-xx
19、x SCALE-2 即插即用驱动器参数表，CONCEPT/4/ “高压 IGBT 驱动器解决方案” ，PCIM 欧洲杂志， 2002 年 4 月/5/ “智能并联” ，Bodo 的功率系统，2009 年 3 月注意：这些资料可以在 www.IGBT-D 上获得CONCEPT 2SP0115T 初稿IGBT-D Page 19信息来源：SCALE-2 驱动器参数表CONCEPT 为功率 MOSFETs 和 IGBTs，提供最广泛选择的门极驱动器，可满足几乎任何应用。包含所有参数表，应用说明和手册，技术信息和技术支持的最大的门极驱动电路网址是：www.IGBT-D特殊：定制的 SCALE-2 驱动
20、器如果你需要的 IGBT 驱动器不包含在供货范围内，请直接联系 CONCEPT 或您的CONCEPT 供货商。CONCEPT 拥有超过 20 年的研发和生产功率 MOSFET 和 IGBTs 的智能门极驱动器的经验，并且已经提供了很多定制解决方案。技术支持CONCEPT 提供专家帮助您解决难题。www.IGBT-D 技术公司以提供高品质为核心使命。质量管理系统覆盖了产品研发和生产直至出厂的所有阶段。SCALE-2 系列驱动器按照 ISO90001：2000 质量标准生产。免责声明参数表对设备进行详细描述，但不保证实现所有的特定特性。关于交付，性能或匹配性不会提供明示的或者暗示的保证。CT-Co
21、ncept 技术公司保留任何时间，不需提前通知，就可以修改技术数据和产品说明的权利。CT-Concept 技术公司遵守常规的交货条款和条件。2SP0115T CONCEPT描述和应用手册Page 20 智能电力电子订购信息见 www.IGBT-D 上的当前列表参考 www.IGBT-D 中的命名CT-Concept 技术公司使用通用的周期和发货条件。其他产品的信息对于适配其他高压或高功率 IGBT 模块的驱动器：直接链接：www.IGBT-D 技术公司智能电力电子Renferstrasse 15CH2504 Biel-BienneSwitzerlandTel. +41-32-344 47 47Fax +41-32-344 47 40E-mail InfoIGBT-DInternet www.IGBT-D2009 CT-Concept 技术公司-Switzerland。 保留所有权利我们保留不提前通知即修改技术更改的权利。 版本 2010-04-23
