ООО ЭФО
Поиск по складу
Программа поставок 2016
Сегодня
www.powel.ru
источники питания
www.korpusa.ru
конструктивы и корпуса РЭА
www.wless.ru
беспроводные технологии
www.mymcu.ru
микроконтроллеры
altera-plis.ru
микросхемы Altera
www.infiber.ru
волоконно-оптические
компоненты в
промышленности
www.efo-power.ru
силовая электроника
www.efo-electro.ru
электротехническая
продукция
www.efometry.ru
контрольно-измерительные приборы
www.golledge.ru
кварцевые резонаторы и генераторы Golledge
www.sound-power.ru
профессиональные усилители класса D
Поиск по сайту
Подписка на новости

Система менеджмента
качества сертифицирована на соответствие требованиям:
ISO 9001, ГОСТ Р ИСО 9001 и СРПП ВТ - подтверждено сертификатами соответствия в системах сертификации Русского Регистра, ГОСТ Р, международной сети IQNet, "Оборонсертифика" и "Военный Регистр".

ООО "ЭФО" в 2011г. получило Лицензию Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору на изготовление оборудования для ядерных установок.


Rambler s Top100



ChipFind - поисковая система по электронным компонентам
EEN
webmaster
Санкт-Петербург: (812) 327-86-54  zav@efo.ru Москва: (495) 933-07-43  moscow@efo.ru Екатеринбург: (343) 278-71-36  ural@efo.ru Пермь: (342) 220-19-44  perm@efo.ru
Казань: (843) 518-79-20  kazan@efo.ru Ростов-на-Дону: (863) 220-36-79  rostov@efo.ru Н. Новгород: (831) 434-17-84  nnov@efo.ru Новосибирск: (383) 286-84-96  nsib@efo.ru
о нас склад библиотека статьи
 
 

Универсальные и недорогие драйверы затвора на классы напряжений до 6500В

Снижение стоимости рассматриваемых драйверов достигнуто за счет применения высокоинтегрированных специализированных интегральных схем (ASIC)

Набор высокоинтегрированных микросхем SCALE-2 делает возможным создание улучшенных драйверов затвора, которые одновременно сочетают такие свойства, как гибкость применения и малую стоимость. Несмотря на то, что микросхемы разработаны на основе двух различных полупроводниковых технологий, у них полностью сохранена функциональная и параметрическая совместимость. Кроме того, такие их конкурентные преимущества как очень выгодная цена и долговременная доступность опций оказывают существенное влияние на результат обоснования производства собственного драйвера или приобретения готового.

Выполнение таких появившихся недавно требований к силовым полупроводниковым приборам и драйверам как расширение функций мониторинга и защиты, поддержка параллельного и последовательного включения приборов может привести к увеличению сложности проекта и усилий на его осуществление. В такой ситуации оказывается выгодным использование специализированных микросхем (ASIC), т.к. они дают возможность снизить сложность системы, а, следовательно, и уменьшить производственные затраты с одновременным улучшением надежности и рабочих характеристик.

Стандартизация каскада подключения микроконтроллера к IGBT-транзистору

Разработка монолитной интегральной схемы требует обоснования вложений и сроков проектирования. Очевидно, что наилучшей окупаемости инвестиций можно добиться при массовом производстве ИС. Однако лишь небольшая часть продукции может похвастаться высокой востребованностью рынком. Работая на таком специфическом рынке, как рынок драйверов затворов для применений средней и большой мощности, компания CONCEPT потратила много сил ради преодоления всех сложностей внедрения монолитных интегральных схем. Рецепт успеха компании заключается в обобщении требований к драйверам различного назначения и создании универсального решения, основанном на нескольких специализированных микросхемах.

Технология SCALE-2

Новое поколение высокоинтегрированных драйверов затворов IGBT-транзисторов

Набор микросхем SCALE-2 помогает разработчику оптимизировать коммутационные характеристики, надежность и масштабируемость, а также гибкость применения и сроки вывода продукции на рынок. Он специально оптимизирован для совместимости с широким диапзоном IGBT-транзисторов различных классов мощности (150:3600А, 600:6500В), но при этом допускает возможность предварительной конфигурации для соответствия специфическим требованиям применения.

Разработанный компанией CONCEPT набор микросхем SCALE-2 является технологической платформой нового поколения для создания масштабируемых драйверов затворов IGBT- и мощных MOSFET-транзисторов с улучшенными динамическими характеристиками, точностью, функциональностью и простотой применения. В нем полностью учтена концепция построения драйверов SCALE, которые нашли широкое практическое использование и были проверены и испытаны во множестве применениях. Набор микросхем SCALE-2 состоит из нескольких вариантов специализированных ИС (ASIC) интеллектуальных драйверов затвора для вторичной стороны (IGD) и специализированной ИС двухканального логического интерфейса драйвера для первичной стороны (LDI).

Сочетание возможностей современных аналоговых каскадов с малыми топологическими размерами цифровых элементов позволяет достичь оптимального отношения цена-качество

Набор высокоинтегрированных микросхем SCALE-2 для построения драйверов затвора реализует всю необходимую функциональность и отличается простотой масштабирования мощности до 60A/20Вт и даже более. Каскады, предшествующие драйверу, в основном предназначены для достижения оптимальных характеристик при непосредственном управлении внешним n-канальным DMOS-транзистором с использованием отдельных резисторов в цепи затвора для независимого управления включением и отключением.

Специализированная ИС интеллектуального драйвера затвора (IGD)

На рис. 1 показана микрофотография образца специализированной ИС драйвера затвора. Для достижения требуемой функциональности, например, двунаправленного интерфейса на основе сигнальных трансформаторов или оптоволоконного интерфейса, в разнообразной стандартной продукции применяются различные варианты проволочного подключения к кристаллу. Специализированная ИС также содержит частично-модифицируемую область, которая позволяет реализовать дополнительную специфическую функциональность. Доступ к расширению функций управления предоставляет однократно-программируемая металлическая маска. Частично-модифицируемая область образована такими заранее сконфигурированными ячейками как аналоговые компараторы, логические элементы, простейшие приборы и контактные площадки.

Рис. 1. Микрофотография и структура интеллектуального драйвера затвора

При включении и удержании транзистора в открытом состоянии ИС драйвера формирует стабилизированное на уровне +15В напряжение затвор-эмиттер. Это достигается за счет регулировки эмиттерного потенциала на выводе "Vee" (см. рис. 3). При необходимости, поддерживается установка специфического напряжения затвор-эмиттер.

ASIC содержит охваченную обратной связью схему управления скоростью нарастания [1] и ограничения уровня [2] напряжения коллектор-эмиттер при отключении IGBT-транзистора. Данная схема способствует ускорению процесса активного ограничения напряжения, снижению потерь коммутации при отключении и улучшению способности к отключению при действии токов короткого замыкания.

Специализированная ИС логического интерфейса драйвера (LDI)

Микрофотография специализированной ИС логического интерфейса драйвера показана на рис. 2. Микросхема реализует двухканальный двунаправленный интерфейс на основе трансформаторов, масштабируемый DC/DC-преобразователь с особой последовательностью запуска, а также масштабируемую логику настройки и защит.

Рис. 2. Микрофотография и структура логического интерфейса драйвера

Двунаправленный трансформаторный интерфейс

Двунаправленный трансформаторный интерфейс предназначен для передачи команд и аварийных сигналов с помощью коротких импульсов, обеспечивающих минимальную задержку команд. В случае коллизии, аварийный сигнал за счет увеличения длительности импульса доминирует и над командным сигналом, и над шумовыми токами, вызванных действием dv/dt. Используемый метод асинхронной передачи аварийного сигнала также позволяет выполнить требования к временным характеристикам параллельно-включенных IGBT-транзисторов и преобразователей, выполненных по многоуровневым топологиям, т.к. в данном случае задержка передачи аварийного сигнала на первичную сторону составляет не более 1 мкс. Таким образом, данный режим передачи аварийного сигнала способен сигнализировать об аварийной ситуации еще до того как начнется отключение соответствующих IGBT-транзисторов. Задержка отключения регулируются микросхемой драйвера IGD. У драйверов с трансформаторным интерфейсом (см. рис. 3) можно достигнуть значений задержки менее 80нс и фазового шума +1нс.

Рис. 3. Схемотехника двухканального драйвера IGBT-транзисторов на основе высокоинтегрированных микросхем SCALE-2

Режимы работы

В режиме DIRECT возможно независимое управление обоими каналами драйвера. Данный режим отличается максимальной гибкостью и, следовательно, предпочтителен для использования в системах повышенной сложности с микроконтроллерным управлением. В режиме HALF-BRIDGE микросхема использует только один вход в качестве общего командного сигнала и генерирует два противофазных выходных сигнала. Выбор режима и регулировка паузы неперекрытия выполняются в зависимости от требований применения с помощью одного резистора. По запросу клиента возможна реализация еще одного третьего режима работы, который предназначен для взаимоблокировки или взаимоисключения.

Логика работы защит

После срабатывания любой из защит на первичной стороне драйвер переходит в состояние, в котором соответствующий канал оказывается отключенным в течение определенного интервала времени. Длительность этого интервала (время блокирования) задается с помощью одного внешнего резистора и при необходимости может быть установлена равной нулю.

Интеграция в систему

Разработанный CONCEPT набор микросхем SCALE-2 выступает в роли платформы для построения серии драйверов IGBT-транзисторов нового поколения.

Рис. 4. Схемотехника завершенного драйвера на основе микросхем SCALE-2 для IGBT-модулей на напряжение до 6500В

На рис. 4 показана несколько упрощенная схема готового к использованию высоковольтного драйвера IGBT-модуля на напряжение до 6500В с улучшенной функцией активного ограничения. Работая совместно с внешними n-канальными DMOS-транзисторами в каскадах управления затвором и DC/DC-преобразования, драйвер способен развить выходной ток до 40А и мощность до 6Вт. Общее количество компонентов снижено более чем на 60% по сравнению с предшествующим набором микросхем драйверов SCALE [3].

Драйверы SCALE-2 затворов IGBT-транзисторов от 600В до 1700В
Драйвер Каналов Ток затвора Выходная
мощность канала
Трансформатор
2SC0108T 2 ±8А 1Вт Тороидальный
2SC0435T 2 ±35А 4Вт Тороидальный
2SC0650P 2 ±50А 6Вт Планарный
1SC2060P 1 ±60А 20Вт Планарный

Типичные области применения

  • Драйверы IGBT-транзисторов с малым фазовым шумом и дрейфом
  • Коммутация на частотах до 750 кГц
  • Параллельно- и последовательно-включенные IGBT-транзисторы

Общие особенности набора микросхем

  • Высокая степень интеграции
  • Быстрота запуска и отличная адаптируемость
  • Гибкое управление логикой работы защит
  • Поддержка 2-уровневых, 3-уровневых и многоуровневых топологий
  • Надежность, длительный срок службы

Особенности ИС интеллектуального драйвера затвора

  • Стабилизированное напряжение затвор-эмиттер
  • Встроенный драйверный каскад на 8A/0.8Вт
  • Простота масштабирования до 60А/20Вт
  • Отдельные пути протекания для тока затвора
  • Улучшенное активное ограничение
  • Защита IGBT-транзистора от короткого замыкания
  • Вход/выход аварийного сигнала на вторичной стороне
  • Блокировка при недопустимом снижении напряжения питания
  • Оптоволоконные интерфейсы *
  • Интерфейсы сигнальных трансформаторов *

Особенности ИС логического интерфейса драйвера

  • Схема DC/DC-преобразователя
  • Блокировка при недопустимом снижении напряжения питания
  • Интерфейсы сигнальных трансформаторов
  • Выходы сигнализации об аварийных состояниях

Набор микросхем электрического интерфейса

  • Совместимость с IGBT-транзисторами на напряжение до 3300В
  • Интерфейсы сигнальных трансформаторов
  • Входы оснащены триггером Шмита
  • Интерфейс для логических уровней 3.3...15В
  • Совместимость со всеми семействами логических ИС
  • Режимы DIRECT и HALF-BRIDGE
  • Очень малая задержка по времени: <80 нс
  • Очень малый фазовый шум: <±1нс
  • Отличная электромагнитная совместимость (dv/dt > 100В/нс)

Набор микросхем оптоволоконного интерфейса

  • Совместимость с IGBT-транзисторами на напряжение до 6500В
  • Сигнальный оптоволоконный канал
  • Подтверждение фронта сигнала
  • Обратная связь по состоянию оптоволоконного канала

* в зависимости от типа подключения

© 1999-2016 All Right Reserved. EFO Ltd. При использовании материалов ссылка на источник обязательна.
Контактная информация