大功率IGBT落木源驱动板

TX-DA102D 系列超大功率IGBT驱动板

目录

1、产品特点及应用概述

2、驱动特性参数

3、DC/DC辅助电源电性能参数

4、工作条件参数

5、过流保护参数及说明

6、产品结构框图

7、产品外型图

8、元器件位置示意图

9、输入输出接口和部分接插件的说明

10、参数设置说明

11、典型应用连接图

12、报警信号输出说明

13、特别提醒

产品特点

?超大功率IGBT驱动板，每路输出20A驱动电流，可驱动高达2000A/1700V的IGBT模块，有一、

二、四、六、七单元多种版本可选

?三段式完善的过电流保护功能（三段式过流保护：检测到过流信号后先降栅压，再延迟判断，确实短路时实行软关断，并封锁输入信号以执行一个完整的保护周期，未短路则恢复输出，避免干扰信号造成频繁启动）

?IGBT的栅极充电和放电速度可分别调节

?专门设计的输出插座，可支持单只IGBT或并联IGBT

?即插即用设置简单，一般只需设定IGBT的短路阈值电阻Rn，并调整栅极电阻Rg，其余驱动保护参数均可使用缺省值

?IGBT驱动保护报警输出与其它部分电隔离，用户可灵活处置，每路单独故障指示灯

?每单元自带独立的DC/DC辅助电源，各单元互不干扰

?输入电源15V（可定制12－20V、20－30V、12－50V宽范围版本），板载正负极性保护。

?支持多种输入信号电平

?统一的输出使能端控制

应用

?逆变器、不间断电源、变频器、电焊机、伺服系统等

驱动特性(除另有指定外,均为在以下条件时测得:Ta=25℃,Vp=15V,Fop=50KHz,模拟负载电容CL=220nF)

输入脉冲电流幅值Ipwm 9 10 12 mA 输出电压

Voh 14.5 V

Vol -8.5 V

输出电流IOHP Fop=20KHz

Ton=2μS

20 A IOLP -20 A

栅极电阻Rg 0.5 Ω输出总电荷Qout 参见本表下的图线20 uC 工作频率Fop 参见本表下的图线0 100 KHz 占空比δ0 100 ％最小工作脉宽Tonmin CL=100nF 0.5 μS 上升延迟Trd 0.5 μS 下降延迟Tfd 0.6 μS

上升时间Tr

Rg=1Ω,CL=220nF 0.6 μS

下降时间Tf 0.6 μS

输出使能端电平高电平使能（1－6mA） 4.5 18 V 低电平禁止0.4

绝缘电压VISO 输入信号与驱动输出间，50Hz/1 min 3500 Vrms 共模瞬态抑制CMR 30 KV/μS

DC/DC辅助电源电性能参数(除另有指定外,均为在以下条件时测得:Ta=25℃,Vp=15V)

1. 输入电压也可以定制12－20V、20－30V、12－50V宽范围版本。

2. 输入电流与负载情况有关，当以20KHz的频率驱动一只800A/1200V的IGBT(如SKM800GA126D)时，大致需要电0.2A。同样频率驱动1只1600A/1200V(如FZ1600K12KE3)时，大致需要电流0.6A。

3. 上电启动时输入电源提供的功率需要加倍，否则可能无法正常启动。如果上电启动时使能端保持低电平，可不需额外功率。

短路保护性能(除另有指定外,均为在以下条件时测得:Ta=25℃,Vp=24V,Fop=50KHz,模拟负载电容

CL=220nF)

1. 保护动作阈值(Vn)：触发过流保护动作时IGBT集电极和发射极间的电压。接上电阻Rn（Rp）可以降低（提高）过流保护的阈值。

2. 保护盲区(Tblind)：检测到IGBT集电极的电位高于保护动作阈值后到开始降栅压的时间。因为各种尖峰干扰的存在，为避免频繁的保护影响开关电源的正常工作，设立盲区是很有必要的。

3. 延迟判断时间(Tdelay)：初始栅压开始降低Vdrop到驱动器开始软关断IGBT之间的时间。在Tdelay时间内，如果过流信号消失，则驱动器认为这种过流不属于真正的短路，无需中断电源的正常工作，从而恢复原来的驱动电平。如果过流信号继续存在，则将进入软关断的进程。

4. 软关断时间(Tsoft)：驱动脉冲电压从Voh-Vdrop降到0电平的时间。

软关断开始后，驱动器封锁输入PWM信号，即使PWM信号变成低电平，也不会立即将输出拉到正常的

负电平，而要将软关断断过程进行到底。软关断开始的时刻，驱动板输出报警信号，传送给用户主控板。

5. 故障后再启动时间(Trst)：短路故障发生后，驱动器软关断IGBT，如果控制电路没有采取动作，则驱动器再次输出驱动脉冲的间隔时间。

过流保护曲线：

曲线说明：

过流信号指的是驱动器内部输入到过流检测单元的信号，并不完全等同于实际的短路信号。图中第二个短路信号以及相应的输出波形是生产厂家在测试时给出的。如果实际的短路情况如第二个过流信号，则软关断后IGBT较高的集电极电位仍被视为过流信号，因此驱动器将软关断进行到底，并在"故障后再启动时间Trst"后恢复输出。

结构框图

外形图

元器件位置示意图：

一单元IGBT驱动板DA102D1(49.8x106.6mm ，安装孔距41.7x90mm。安装时注意在板的下部留有10mm

二单元IGBT驱动板DA102D2( 78.4x110.9mm ，安装孔距71.2x104mm。安装时注意在板的下部留有10mm 以上的通风间隙)

四单元IGBT驱动板DA102D4(148.7x111.1mm ，安装孔距141.6x104mm。安装时注意在板的下部留有10mm

六单元IGBT驱动板DA102D6 (219.6x111.1mm ，安装孔距212.5x104mm。安装时注意在板的下部留有10mm以上的通风间隙)（点击放大）

1单元主要元器件位置示意图（点击放大）

输入输出接口和部分接插件的说明：

1. 红色的元器件是直接与用户应用有关的。

2. Js，与主控制板的连接插座，使用16、20、24线压接排线，双线并联连接，使用方便可靠。但要注意，这里的线号定义与原排线不同。

. 1脚是驱动报警光耦中光电三极管的发射极，2脚是该管的集电极。正常工作时光电三极管不通，故障报警时导通。1、2脚与其它各脚间是电隔离的，用户也可将此信号传送到与输入信号不共地的电路中，但这2部分间的电位差不宜超过40V。

. 3脚是输入信号使能端ENA。3脚接高电平时，可以传送输入信号；低电平时封锁输入信号。这里电平是相对于4脚GND的。上电启动时ENA保持低电平，可以降低对输入电源的要求。

. 4脚是n路输入信号的公共地端GND。

. 5－11脚依次是7个输入信号Vi1、Vi2、Vi3、Vi4、Vi5、Vi6、Vi7。输入高电平时IGBT导通。

3. Jp，驱动板内置n路DC/DC电源的输入电源插座，1脚接正，2脚接负。Jp上并有反向保护二极管，电源极性接反不会烧毁驱动，但会将输入电源短路，需要注意。

4. Jo1－Jo7分别为7路驱动的输出端插座。2脚接栅极，3脚接发射极，5脚接集电极。如果要驱动并联的2只IGBT，可用1、2脚各驱动1只，同时按照下面参数设置说明7的要求连接栅极电阻。

5. Red是红色故障指示灯，灯亮时表示该路已经启动保护程序。

6. Ri、Rn、Cb、Cd、Cs、Cr和Rg等参见参数设置部分。

参数设置说明(除Rg外，参数设置元件最好用贴片的，焊在背面)

1. 驱动信号电流需要10mA ，输入电阻Rii 按下式确定：Rii＝（Vpwm－Vm）/10mA，Vpwm 是输入PWM 脉冲的正幅值，Vm＝1.6V 是驱动片输入端的正向压降，Rii＝Ri//Rh ，Ri 和Rh 是驱动板上的2 个并联电阻，位于驱动板的背面，如1 单元器件位置图中所示。

出厂时只焊有输入电阻Rh=1K2 ，适用于用户15V 控制板的情况。当用户12V 主控板系统时，需要另接并联电阻Ri ＝3K3 ；当用户控制系统是5V 或3.3V 时，因不同型号和品牌的控制器的输出能力略有差异，需要根据其实际的输出脉冲幅度确定Ri 的数值。一般5V 系统时，Ri ＝270 －430Ω ；3.3V 系统时，Ri ＝100 －180Ω 。Ri 的封装1206 或0805 。如用户控制系统电压高于15V ，则需将Rh 换更大的电阻，满足输入电流10mA 的要求。

2. 阈值电压Vn可由电阻Rn设定，关系大致是Rn/Vn(KΩ/V)＝∞/6.0，220/5.5，100/4.9，68/4.5，47/4.1，36/

3.6，27/3.2，22/2.8，18/2.4，15/2.1。如果IGBT导通压降较大，则需要通过Rp提高阈值Vn，关系大致是Rp/Vn(KΩ/V)＝∞/6.0，220/6.5，100/7.1，68/7.5，47/7.9，36/8.4。

3. 盲区Tblind可由电容Cblind(图中Cb)设定，关系为CCblind/Tblind(pF/μS)＝0/2.2，47/

4.5，100/6.8。一般无需设置。

4. 延迟判断时间Tdelay可由电容Cdelay(图中Cd)设置，关系为Cdelay/Tdelay(pF/μS)＝0/2.1，47/3.7，100/

5.4。一般无需设置。

5. 软关断时间Tsoft可由电容Csoft(图中Cs)设置，关系为Csoft/Tsoft(nF/μS)＝0/5.5，2.2/7，4，7/8.3。一般无需设置。

6. 故障后重新启动时间Trst可由电容Creset(图中Cr)设置，关系为Creset/Trst(nF/mS)＝0/1.15，1/2.3，2/3.45，基本线性关系。桥式电路中此功能没有实际意义，更无需设置。

7. 每通道有4个栅极驱动电阻Rg：Rg+、Rg-、Ro+、Ro-，出厂时是完全并联的。预焊的一个3.9Ω/2W是为厂家测试、老化用的，用户应根据自己的情况换接合适的电阻，一般可用4只2W的金属膜电阻，如RYG2型2W电阻，并联后的总电阻值不能小于0.5Ω。

注意：出厂时四只Rg是完全并联的，如果用户需要分别控制充电和放电的速度，可将驱动板上Rg+和Rg －并联的短路线1割断，短路线位于电路板背面，如上面1单元器件位置图中的左边红线1所示，约1mm 宽。

如果用户每单元要驱动并联的2只IGBT，可以将Ro-和Rg-的并联短路线2割断，短路线位于电路板背面，如上面1单元器件位置图中的右边红线2所示，约1mm宽。

应用连接（一路示意图）（点击放大）

1. 1-4单元驱动板，信号插座Js是16排线座；6单元是20排线座；7单元是24排线座。

2. 驱动板内部在栅射驱动输出已接有10K电阻，这里的100K电阻应接在IGBT管子栅射两极根部，防止驱动连线断开时、偶然加主电高压，通过米勒电容烧毁IGBT。

报警信号输出说明

光耦是驱动板上的元件，C、E是信号插座Js的2、1脚；Vcc和GND是用户主控板的电源端。用户可以选择2种报警电平。R1＝Vcc/2mA。

特别提醒：

1. 用户如要测试输出波形，请参阅IGBT驱动器正常输出波形的测试。

2. 输出插座Jo到IGBT栅极和发射极的引线要短一些，并使用绞线，以减小寄生电感，但集电极的反馈连线不要绞在一起。

3. 谨防栅极和发射极输出短路，短路时间超过几秒，可能损坏板上器件。

4. 尽量减小杂散电感，并设置良好的IGBT过压吸收回路，避免尖峰电压击穿IGBT。

5. 如果输入电源接反，电源插座上并联的二极管将短路外部输入电源，做实验时请注意。

6. 本公司的IGBT驱动板产品出厂前100%经过严格老化测试。因为老化负载较重，可能在线路板输出电阻处的铜箔表面颜色会略有改变，但对产品性能及质量没有任何影响，请放心使用。

深入学习高频脉冲变压器的设计

深入学习高频脉冲变压器的设计 但凡真正的KC人，都有不同程度的偏执，对一个问题不摸到根源绝不罢手—ehco 脉冲变压器属于高频变压器的范畴，与普通高频变压器工况有别。脉冲变压器要求输出波形能严格还原输入波形，前后沿陡峭，平顶斜降小。 在众多的制作实践中，随处可见脉冲变压器的身影。例如DRSSTC中的全桥驱动GDT（Gate Driving Transformers门极驱动变压器），感应加热电路中的GDT等等，相信KCer对其功能和重要性都有一定了解。但谈到如何具体设计一个符合规格的脉冲变压器，相信也还有不少人停留在简单的匝比计算或是经验设计层面，没有深入地研究。每每遇到磁芯的选择，匝数、线材的确定时，都无从下手。本文针对这些问题，在高压版black、ry7740kptv、山猫等大神的鼓舞下，将本人的学习心得形成图文与大家分享，旨在抛砖引玉。因本人水平有限，如若存在错漏，望斧正为谢。 下面从一个简易的GDT驱动电路说起 上图中，T1为脉冲变压器，当初级（左侧）为上正下负时，右侧输出上正下负信号，该信号通过D3、D4、C23、RG，给IGBT的Cge充电，当充电电压达到V GE（ON） 时IGBT的C、E开通，并且C23充电，C23的充电电压被D5钳制在8V。当T1输入为上负下正时，D3反向截止，T1的输出被阻断。在R15偏置电阻提供的偏流下，C23存储的电压构成反偏，迅速抽干Cge 存储的电荷，使IGBT快速关断。 那么，根据实测值或相关厂商数据，有以下已知数据。 1、IGBT型号：IKW50N60T 2、开关频率f s ：50KHz 3、栅极正偏电压+V GE ：+15V 4、栅极反偏电压-V GE ：-8V 5、脉冲变压器初级侧驱动电压：+24V 6、单个IGBT驱动电压占空比D：0.46 7、栅极电阻R G ：10Ω 8、IGBT管内栅极电阻R g ：0Ω 9、三极管饱和压降：Vces=0.3V 10、二极管压降：V DF =0.55V 11、GDT效率η：90% 一、计算IGBT驱动所需的峰值电流I GPK I GPK =（+V GE -（-V GE ））/R G +R g =23/5.1=2.3A 二、计算次级电流有效值I srms

收集的驱动变压器资料

（1）、驱动变压器的原边感量应该取大些，但是不能过大，过大会的导致Q值过高，从而在动态的时候会有问题。当电感量加大的时候，驱动波形中开起和关断的时候，震荡慢慢减小，最后消失 （2）、可能，高磁导率的磁芯绕制的变压器，可以获得更高的原边电感，减小激磁电流，因此可以减小所需的驱动电流。 用高磁导率的磁芯，匝比不变，电感一定，圈数可以少一点，寄生参数影响小，波形失真小 （3）、电感量越大阻抗越大，则耦合次级的波形越正常： （4）、问：电感量越高越好吗？？ 答：也不是肯定有个极限 一般来说前面有个隔直电容，那么就形成一个串联谐振电路，对于这个谐振电路1）如果L取得太大，就会造成谐振周期很大，可能起机稳定之前震荡中直流偏置复位不及时磁芯饱和，所以一般应该保持在10mH以下 2）另外与开关频率有关，一定要保证LC的谐振频率离驱动频率越远越好，否则在会造成电感上的电压=Q*Vdriver,驱动电压可能会飙升到几十伏去，而电感量越大其谐振频率越小越不容易进入开关频率周围，另外L越大Q越大其选频性能越好越不容易受到影响。 所以一般来说对于一个驱动电路基本上参数都是确定的，没有什么好改变的，隔直电容100nF左右，电感量1-10mH左右，磁芯大小只跟开关频率有关，频率大些就能选小点的磁芯 （5）、那么这里面有几个参数：Tr 上升时间，时间越短，也就是我们平常说的越陡，怎么才能做到这点，方波是由正弦波叠加二成，越到脉冲的边沿频率越高，而我们的变压器的分布电容和漏感组成低通滤波器，如国变压器绕制工艺不好，分布参数大，那么更多高频成分被滤除掉，那么就出现“丢波”那么上升沿就是斜线二不是直线了！ （6）、那么怎么改变分布参数呢？首先我们知道绕组越接近磁心表面漏感越小，绕组匝数越少，越容易作到这点；另外磁心的电感系数越高、磁导率越高，导磁能力越好，漏感越小。那么达到要求的电感量或者是初级阻抗的匝数越少。所以我们大多驱动变压器、网络变压器都用高导材料来做。另外在一个变压器中分布电容和漏感是两个矛盾的参数，但是通过绕制方法可以折中处理。 （7）、

开关电源隔离驱动变压器设计方案

开关电源隔离驱动变压器设计 因为电子设备的电路变得更为复杂，故要求成熟的电气工程设 计参数具有更加临界的数值。在设计电路的每一个阶段，精确的工程计算是基本的要求。同时，在其零部件设计时，这一点也是同样重要的。所以，必须精心地设计开关电源（SMPS中门脉冲驱动变压器的每一个零部件。 门脉冲驱动变压器在开关电源中被要求用来控制电路之间的 同步动作。这些器件用来为开头电源半导件元器件如高压功率MOSFET或IGBTs提供电脉冲。这种变压器也用作电压隔离和阻抗匹配。门脉冲驱动变压器是用来驱动电子开关器件门电路的基本脉冲变压器。设计这类变压器时，是假定其脉冲的上升、下降和上冲时间都是最佳的值。使用中要辨别它们是门脉冲驱动变压器还是其它变压 在基础门脉冲驱动变压器设计中，存在一系列设计变数，其中 的每个变数由其专项应用决定。它们的一些通用简图及其相应的转换关系见图1所示

1^:2 1 :1 1 : 2 3 1-------- ---------- 3 11-14OT ??? ? 2OT - 2OT2OL 40120T . wuw* a I'ttngon. com -4 2— 4 6 ■4OT (a) (b) (c} Ifll 代&门！ft 11咏冲驳戍变!L器的嗎电Jfi细态 典型的门脉冲驱动变压器是用铁氧体磁心设计制造的，这样可以降低成本。常用磁心的外形大多数是EE EER ETD型。它们都是 由“E”型磁心和相应的骨架组成。这些骨架可以采用表面安装法或通 孔安装法装配。在有些情况下，也采用环形磁心设计制作门脉冲驱动变压器。典型的脉冲变压器设计所要求的参数列于表1。

1、 单端正激式 单端——通过一只开关器件单向驱动脉冲变压器; 正激 ...

1、单端正激式 单端——通过一只开关器件单向驱动脉冲变压器； 正激——脉冲变压器的原/付边相位关系，确保在开关管导通，驱动脉冲变压器原边时，变压器付边同时对负载供电。 该电路的最大问题是： 开关管T交替工作于通/断两种状态，当开关管关断时，脉冲变压器处于“空载”状态，其中储存的磁能将被积累到下一个周期，直至电感器饱和，使开关器件烧毁。图中的D3与N3构成的磁通复位电路，提供了泄放多余磁能的渠道。 2、单端反激式 反激式电路与正激式电路相反，脉冲变压器的原/付边相位关系，确保当开关管导通，驱动脉冲变压器原边时，变压器付边不对负载供电，即原/付边交错通断。脉冲变压器 磁能被积累的问题容易解决，但是，由于变压器存在漏感，将在原边形成电压尖峰， 可能击穿开关器件，需要设置电压钳位电路予以保护D3、N3构成的回路。 从电路原理图上看，反激式与正激式很相象，表面上只是变压器同名端的区别，但电路的工作方式不同，D3、N3的作用也不同。

3、推挽（变压器中心抽头）式 这种电路结构的特点是：对称性结构，脉冲变压器原边是两个对称线圈，两只开关管接成对称关系，轮流通断，工作过程类似于线性放大电路中的乙类推挽功率放大器。 主要优点：高频变压器磁芯利用率高（与单端电路相比）、电源电压利用率高（与后面要叙述的半桥电路相比）、输出功率大、两管基极均为低电平，驱动电路简单。 主要缺点：变压器绕组利用率低、对开关管的耐压要求比较高（至少是电源电压的两倍）。 5、半桥式 电路的结构类似于全桥式，只是把其中的两只开关管（T3、T4）换成了两只等值大电容C1、C2。 主要优点：具有一定的抗不平衡能力，对电路对称性要求不很严格；适应的功率范围较大，从几十瓦到千瓦都可以；开关管耐压要求较低；电路成本比全桥电路低等。这种电路常常被用于各种非稳压输出的DC变换器，如电子荧光灯驱动电路中。

技术：单正激驱动变压器的磁通复位问题分析

技术：单正激驱动变压器的磁通复位问题分析 引言 ?晶闸管触发驱动电路的作用是产生符合要求的门极触发脉冲，保证晶闸管 在需要的时刻由阻断转为导通。广义上讲，晶闸管触发电路通常包括驱动电 路以及对其触发时刻进行控制的相位控制电路。本文集中研究触发脉冲的放 大和输出驱动环节，有关相位控制电路在有关教科书中已有讨论。现今晶闸 管主要应用于交流—直流相控整流和交流—交流相控调压等，适用于这些应 用的各种驱动触发器都已集成化、系列化。例如目前国内生产的KJ系列和 KC系列的晶闸管驱动(触发)器，都可供研制选用。 ?为保证晶闸管可靠触发导通，门极的脉冲电流必须有足够大的幅值和持续 时间，以及尽可能短的电流上升时间。控制电路和主电路之间的隔离，通常 既可以通过光耦亦可以采用脉冲变压器来实现，这两种方式各有优缺点：光 电耦合隔离时两侧的电磁干扰小，但光耦器件需要承受主电路高压，有时还 需要在SCR侧有一个电源和一个脉冲放大器；采用脉冲变压器隔离的触发脉冲放大和驱动环节，优点是毋需另加驱动电源，多年来一直获得广泛应用。 然而，其脉冲变压器需要采取措施防止磁芯饱和。其电路拓扑结构虽然简单，但是所涉及的电磁作用原理及磁通复位和参数设计问题，还是比较复杂的， 本文就此类问题以及相关物理过程进行研究分析。 ?触发驱动电路结构和原理 ?图1给出了基于脉冲变压器和三极管放大器的一种常见的晶闸管触发驱动 电路，该驱动电路由V1、V2构成的脉冲放大环节和脉冲变压器TM及附属 电路构成的脉冲输出环节两部分组成。当开关管V1、V2导通时，电源电压 E2几乎全部施加在脉冲变压器的原边绕组上(R2为限流电阻，一般取值很小)，