Модули драйвера МД215, МД250, МД280, МД215П, МД250П, МД280П — гибридная интегральная схема для управления IGBT и мощными полевыми транзисторами по двум каналам, как независимо, так и в полумостовом включении, в том числе при параллельном включении транзисторов. Драйвер обеспечивает согласование по уровням токов и напряжений с большинством IGBT и мощных полевых транзисторов с предельно допустимыми напряжениями до 1700 В, защиту от перегрузок или КЗ, недостаточного уровня напряжения на затворе транзистора. Входы драйвера имеют гальваническую развязку от силовой части с напряжением изоляции 4 кВ. Драйвер содержит внутренние DC/DC-преобразователи, формирующие необходимые уровни для управления затворами транзисторов. Прибор формирует необходимые статусные сигналы, характеризующие режим работы транзисторов, а также наличие питания. С помощью внешних элементов режим работы драйвера настраивается для оптимального управления разными типами транзисторов.
Приборы МД2ХХХ обеспечивают формирование сигналов управления затворами транзисторов с регулируемой раздельно величиной зарядного и разрядного токов, с требуемыми динамическими параметрами, обеспечивают контроль напряжений и защиту затворов транзисторов в случае недостаточного или избыточного напряжения на них. Этот тип приборов контролируют напряжение насыщения управляемого транзистора и производят плавное аварийное отключение нагрузки в критических ситуациях, формируя сигнал с оптронной развязкой, сигнализирующий об этом.
Предлагаемые драйверы позволяют управлять транзисторами с высокой частотой (до 100 кГц), что позволяет добиваться очень высоких эффективностей преобразовательных процессов.
Приборы серии МД2ХХХ имеют встроенный блок входной логики, позволяющий управлять сигналами с различной величиной от 3 до 15 В (КМОП) и стандартными ТТЛ-уровнями, обеспечивая при этом идентичный уровень сигналов управления затворами транзисторов и формируя настраиваемую с помощью внешних конденсаторов длительность задержки переключения верхнего и нижнего плеча полумоста, что позволяет обеспечить отсутствие сквозных токов.
Рис. 1. Структурная схема драйвера
Рис. 2. Габаритный чертеж корпуса
Рис. 3. Типовые схемы включения драйверов МД2ХХХ
Таблица 1. Обозначение выводов модуля драйвера двухканального IGBT и мощных полевых транзисторов
| № выв. | Обознач | Функция | № выв. | Обознач | Функция |
| ВХ1 «+» | Прямой управляющий вход первого канала | ИК | Измерительный коллектор для контроля напряжения насыщения на управляемом транзисторе первого канала | ||
| ВХ1 «–» | Инверсный управляющий вход первого канала | ИК1 | Вход контроля напряжения насыщения с настройкой порога и времени блокировки первого канала | ||
| СТ «+Е пит » | Статус питающего напряжения выходного каскада первогоканала | Вых2 | Выход управления затвором транзистора с регулировкой времени включения управляемого транзистора первого канала | ||
| Сз | Вход для подключения дополнительного конденсатора (настройка времени задержки включения)первого канала | Вых1 | Выход управления затвором транзистора с регулировкой времени выклчения управляемого транзистора первого канала | ||
| СТ | Статусный выход аварии на управляемом транзисторе первого канала | –Е пит | Выходы напряжений питания силовой части драйвера первого канала | ||
| БЛОК | Вход блокировки | Общ | Выходы напряжений питания силовой части драйвера первого канала | ||
| Не задействован | +Е пит | Выходы напряжений питания силовой части драйвера первого канала | |||
| +5В | Вход для подключения питания входной схемы | +Е пит ' | Выходы напряжений питания силовой части драйвера второго канала | ||
| Вход для подключения питания входной схемы | Общ' | Выходы напряжений питания силовой части драйвера второго канала | |||
| ВХ2 «+» | Прямой управляющий вход второго канала | –Е пит ' | Выходы напряжений питания силовой части драйвера второго канала | ||
| ВХ2 «–» | Инверсный управляющий вход второго канала | Вых1' | Выход управления затвором транзистора с регулировкой времени включения управляемого транзистора второго канала | ||
| СТ «+Е пит »9 | Статус питающего напряжения выходного каскада второго канала | Вых2' | Выход управления затвором транзистора с регулировкой времени выключения управляемого транзистора второго канала | ||
| Сз9 | Вход для подключения дополнительного конденсатора (настройка времени задержки переключения)второго канала | ИК1' | Вход контроля напряжения насыщения с настройкой порога и времени блокировки второго канала | ||
| СТ9 | Статусный выход аварии на управляемом транзисторе второго канала | ИК' | Измерительный коллектор для контроля напряжения насыщения на управляемом транзисторе второго канала |
Таблица 2. Основные электрические параметры
| Входная схема | ||||
| мин. | тип. | макс. | ||
| Напряжение питания, В | 4,5 | |||
| Ток потребления, мА | не более 80 без нагрузки не более 300мА с нагрузкой | |||
| Входная гика | КМОПЗ-15В,ТТЛ | |||
| Ток по входам управления, мА | не более 0,5 | |||
| Напряжение на выходе ст, В | не более 15 | |||
| Выходной ток по выходу ст. мА | не менее 10 | |||
| Выходная схема | ||||
| Пиковый выходной ток, А | ||||
| МД215 | не более 1,5 | |||
| МД250 | не более 5,0 | |||
| МД280 | не более 8,0 | |||
| Выходной средний ток, мА | не более 40 | |||
| Максимальная частота переключения, кГц | не менее 100 | |||
| Скорость изменения напряжения, кВ/мкс | не менее 50 | |||
| Максимальное напряжение на управляемом транзисторе, В | не менее 1200 | |||
| DC/DC-преобразованель | ||||
| Выходные напряжения, В | не менее 15 | |||
| Мощность, Вт | не менее 1 не менее 6 (для моделей с индексом М) | |||
| КПД | не менее 80% | |||
| Динамические характеристики | ||||
| Задержка вход-выход tвкл, мкс | не более 1 | |||
| Задержка защитного отключения tвыкл, мкс | не более 0,5 | |||
| Задержка включения статуса, мкс | не более 1 | |||
| Время восстановления после срабатывания защиты, мкс | не более 10 | |||
| Внутренняя задержка включения верхнего и нижнего транзисторов tзад мкс | не менее 1 | |||
| Время срабатывания схемы защиты по напряжению насыщения при включении транзистора tблок, мкс | не менее 1 | |||
| Пороговые напряжения | ||||
| мин. | тип. | макс. | ||
| Порог срабатывания защиты по недостаточному Eпитания, В | 10,4 | |||
| Схема защиты по напряжению насыщения управляемого транзистора обеспечивает отключение выхода и формирование сигнала СТ при напряжении на входе «ИК», В | 6,5 | |||
| Изоляция | ||||
| Напряжение изоляции сигналов управления относительно силовых сигналов, В | не менее 4000 переменного напряжения | |||
| Напряжение изоляции DC/DC-преобразователя, В | не менее 3000 постоянного напряжения | |||
Краткий обзор
Модули драйвера МД215, МД250, МД280, МД215П, МД250П, МД280П — универсальные модули управления, предназначенные для переключения IGBT и мощных полевых транзисторов.
Все типы МД2ХХХ имеют взаимно совместимые контакты и отличаются только уровнем максимального импульсного тока.
Типы МД с более высокими мощностями — МД250, МД280, МД250П, МД280П хорошо подходят для большинства модулей или нескольких параллельно соединенных транзисторов, используемых на высоких частотах.
Модули драйвера ряда МД2ХХХ представляют собой полное решение проблем управления и защиты для IGBT и мощных полевых транзисторов. Фактически никакие дополнительные компоненты не требуются ни во входной, ни в выходной части.
Действие
Изменение выходного напряжения драйвера от +18 до -5 В в зависимости от управляющего сигнала позволяет надежно управлять IGBT-модулями любой мощности и от любого производителя. Благодаря большой устойчивости к помехам, достигнутой использованием отрицательного управляющего напряжения, несколько полевых или IGBT-модулей могут соединяться параллельно без возможного паразитного действия переключений и колебаний.
Модули драйвера МД215, МД250, МД280, МД215П, МД250П, МД280П для каждого из двух каналов содержат:
• входную схему, обеспечивающую согласование уровней сигналов и защитную задержку переключения;
• электрическую изоляцию между входной схемой и силовой (выходной) частью;
• схему управления затвором транзистора;
• схему контроля напряжения насыщения на открытом транзисторе;
• схему контроля уровня напряжения питания силовой части драйвера;
• усилитель мощности;
• защиту от выбросов напряжения в выходной части драйвера;
• электрически изолированный источник напряжения — конвертер DC/DC (только для модулей с индексом П).
Оба канала драйвера работают независимо друг от друга.
Благодаря электрической изоляции, осуществляемой с помощью трансформаторов и оптронов (подвергаемых испытательному напряжению 2650 В переменного напряжения частотой 50 Гц в течении 1 мин.) между входной схемой и силовой частью, а также чрезвычайно высокой скоростью нарастания напряжения — 30 кВ/мкс, модули драйверов применяются в схемах с большими потенциальными напряжениями и большими потенциальными скачками, происходящими между силовой частью и схемой контроля (управления).
Очень короткие времена задержки драйверов ряда МД2ХХХ позволяют использовать их в высокочастотных источниках питания, высокочастотных конвертерах и конвертерах резонанса. Благодаря чрезвычайно коротким временам задержки они гарантируют безаварийную работу при управлении мостом.
Одна из основных функций драйверов ряда МД2ХХХ — гарантия надежной защиты управляемых силовых транзисторов от короткого замыкания и перегрузки. Аварийное состояние транзистора определяется с помощью напряжения на коллекторе силового транзистора в открытом состоянии. Если превышен порог, определенный пользователем, силовой транзистор выключается и остается заблокированным до окончания активного уровня сигнала на управляющем входе. После этого транзистор может быть снова включен подачей активного уровня на управляющий вход. Эта концепция защиты широко используется для надежной защиты IGBT-транзисторов.