應(yīng)用在對驅(qū)動要求較高的MOS及IGBT驅(qū)動中.
2. 產(chǎn)品特點
* 單管大功率MOS或IGBT模塊驅(qū)動器.
* 驅(qū)動延時極快:典型開啟延時≤200ns,關(guān)閉延時≤120ns.甚至優(yōu)于非隔離專用芯片.
* 上升下降沿高達50ns
* 工作占空比0-100%.
* 對輸入信號功率無要求.
* 內(nèi)置緩沖結(jié)構(gòu),對驅(qū)動上升沿沒有要求.
* 靜態(tài)耗電低.
* 輸出供電電源與信號電源獨立.
* 具有關(guān)斷腳,可以在50ns內(nèi)快速關(guān)斷.
3. 產(chǎn)品系列
JD10:基本型
JD100:外供電型
JD105:邏輯輸入型
4. 原理框圖
5. 引腳定義
(1)輸入功率電源正
(2)輸入功率電源地
(3)VDD 輸入信號電源正,信號電源.
(4)DR 輸入脈沖信號,信號開關(guān)量輸入.
(5)GND 輸入信號地,信號地.
(13)VD 輸出信號正電源
(14)COM 輸出地,輸出信號地
(15)DRU 輸出上管,驅(qū)動上管,Ton開關(guān)管
(16)DRD 輸出下管,驅(qū)動下管,Toff開關(guān)管
(17)SD 關(guān)閉信號,關(guān)閉輸入信號,上拉電阻1K
(18)VDRET 輸出信號,負電源
(19)DRA 輸出輔管驅(qū)動,輔管延遲關(guān)閉信號輸出,oc輸出.
6. 應(yīng)用說明
此驅(qū)動器為新一代驅(qū)動器,具有與以往驅(qū)動器不一樣的理解.
6.1. 對MOSFET和IGBT驅(qū)動器的認識
MOSFET和IGBT都為電壓型驅(qū)動,驅(qū)動器好壞關(guān)鍵在于在最短時間內(nèi)提供柵極所需的電荷.
所需的驅(qū)動電荷在實際應(yīng)用中是一個變化值.器件開關(guān)電流,Vce電壓,工作溫度,實際線路布局都會影響到驅(qū)動電荷.有的資料并未給出柵極電荷,廠家給出的柵極驅(qū)動電荷是在一定測試條件下測得,與實際使用有出入.
盡管在開關(guān)過程中起決定作用的是電荷,但從驅(qū)動能量角度,估算一個驅(qū)動功率,以及柵極電容是有必要的.
由廠家資料:
Cgc=Crss
Cge=Ciss-Crss
由于實際應(yīng)用Vce>>25V,因此廠家給出的電容值參考意義不大.按照電容值計算輸出功率與實際相差很大.用驅(qū)動電荷計算.
BSM300GB120D在300A,600V是柵極所需電荷3200nC.折算成電容時為107n.
開通能量:
對開關(guān)頻率50K,柵極電壓-5V-15V的條件:
Po=0.5*0.05*0.107*20^2=1.07W
6.2. 了解輸出功率的意義
JD10系列驅(qū)動器功能特殊,輸出阻抗很小(設(shè)計阻抗<0.1Ω),輸出瞬態(tài)電流最大可達20A.由于本身獨特的特性,瞬態(tài)短路不會燒毀驅(qū)動器(不同于市面上驅(qū)動器,電流受限),只受本身耗散功率限制.
JD10屬于高速驅(qū)動器,雖然它不怕瞬態(tài)短路,但輸出開關(guān)管耗散功率卻不大,只有0.2W左右(全溫范圍,長期工作).因此有最小Rg限制.需要計算耗散功率.
見6.1節(jié),如果輸出能量為1.07W,在關(guān)閉時必須消耗掉,應(yīng)按2.14W考慮耗散能量.因此:
Rg/Rd=Po/Pd-1=2.14/0.2-1=9.7,Rgmin=9.7*0.1=0.97Ω.
需選擇Rg>0.97Ω,而耗散功率2W以上的電阻.此條件很好滿足,由于多數(shù)模塊內(nèi)部自建電阻都大于此值(BSM300GB120D內(nèi)建電阻1.0Ω),因此只要引線電感不會造成振蕩及過壓,JD10系列驅(qū)動器幾乎可以直接驅(qū)動任何IGBT.
* 以上計算受到工作條件限制,具體工作狀況以實際使用為準.
6.3. 輸入結(jié)構(gòu)
JD10系列驅(qū)動器具有CMOS緩沖結(jié)構(gòu),與CMOS兼容.對邊沿及驅(qū)動功率沒有要求,只要滿足Von>2/3VDD ,Voff<1/3VDD即可.
具有獨立的信號電源及驅(qū)動電源.
6.4. 輸出結(jié)構(gòu)
見圖4,JD10輸出結(jié)構(gòu).由于充分考慮到使用要求,JD10輸出結(jié)構(gòu)具有很大的靈活性.
6.4.1. 輸出電源
如果輸入電源穩(wěn)定性足夠,不需要增加輸出電容提高驅(qū)動電源穩(wěn)定性.
外接電源可以提高驅(qū)動電壓的穩(wěn)定性,如圖4.JD10系列由于驅(qū)動電源相對獨立,因而使外接電源非常容易.
JD100驅(qū)動是一款需要外接驅(qū)動電源的驅(qū)動器.由于省去了驅(qū)動電源,成本及體積都可以減小.
6.4.2. 開關(guān)使用不同柵極電阻.
開通、關(guān)閉使用不同柵極電阻(圖5)可以優(yōu)化驅(qū)動,并降低JD10驅(qū)動的功耗.減小輸出寄生震蕩.
8.4.3. 輸出輔管應(yīng)用
JD10驅(qū)動具有很廣的擴展能力,輔管的使用可以大大簡化IGBT的使用,顯著降低IGBT關(guān)閉損耗.
IGBT與MOSFET并聯(lián)結(jié)構(gòu),既提高了輸出功率,又改善了關(guān)閉損耗.
輔助開關(guān)管具有峰值1A的輸出電流能力,關(guān)閉時晶體管延時1.5us導(dǎo)通,以使IGBT載流子復(fù)合.然后快速關(guān)閉MOSFET.
8.4.4. 關(guān)閉腳應(yīng)用
在選擇IGBT過程中,實際應(yīng)用電流都是小于IGBT額定值的.當過電流值小于2倍額定電流值時,可采用瞬時封鎖柵極電壓的方法來實現(xiàn)保護.能夠瞬時關(guān)閉IGBT的驅(qū)動電路并不多.由于JD10具有超強的電流輸出能力.更有如下優(yōu)化:
* 拉電流能力>20A
* 優(yōu)于大多數(shù)集成驅(qū)動芯片的延時能力,尤其對關(guān)閉腳輸出進行了優(yōu)化,延時50nS(典型值).
因此,可以在過流產(chǎn)生的瞬間關(guān)閉IGBT.
典型應(yīng)用見圖8.
8.4.4. 其它
JD10從功能上看適合驅(qū)動大功率MOSFET及IGBT,由于沒有常見的3段式過流保護,更適用于大功率高頻功率變換.
作為負載開關(guān)使用時,需要限制電流上升率.只要在快速保護瞬間,電流不超過IGBT額定值的2倍.由于JD10關(guān)閉反映很快,最大電流條件一般可以滿足.電流限制后, dv/dt增高也就不明顯.一般在輸出上都有電壓上沖的限制,因而不會造成IGBT損壞.
利用現(xiàn)有輸出引腳,及JD10優(yōu)異的輸出能力,可以擴展IGBT驅(qū)動及保護功能.包括3段式保護及外接更大功率的驅(qū)動等.
具體可以參考其它有關(guān)資料.
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