Драйвера для управления IGBT модулями фирмы «Semikron»

August 23, 2013 by admin Комментировать »

Собственно, вот, пожалуй, и все то основное, что необходимо сказать об отечественных драйверных разработках. Теперь мы перейдем к рассказу о драйверах, производимых ведущими зарубежными фирмами. В частности, мы поговорим о драйверах фирмы «Semikron» [33] и о драйверах фирмы «CT-Concept» [34]. Фирма «Semikron» подразделяет выпускаемые драйверы на три основные серии, в значительной степени отличающиеся друг от друга своим конструктивным исполнением:

•  серия SKYPER Driver core;

•  серия SKHI-DRIVE PCB-mountable;

•  серия SKHI-DRIVE Plug-and-play.

Основные параметры драйверов названных серий приведены в табл. 2.3.2.

Типономинал драйвера

Число

каналов

Напряжение силовой цепи, В

Напряжение управления затвором, В

Выходной пиковый ток, А

Частота переключения, кГц

Напряжение изоляции, В

____________________ SKYPER Driver Соге__________________________ |

Skyper32 (R)

2

1700

+15/-7

15

50

4000 |

Skyper32Pro (R)

2

1700

+15/-7

15

50

4000

_______ SKHI-DRIVE PCB-mountable____________________________________

SKHI-21-A-(R)

2

1200

ч-15/О

8

50

2500

SKHl-21-A/B-(R)

2

1200

+15/-7

8

50

2500 |

SKHI-22-A/B-H4-(R)

2

1700

+15/-7

8

50

4000 I

SKHI-24-(R)

2

1700

+15/-8

15

50

4000

SKHI-61-(R)

6

900

+15/-6,5

2

50

2500 |

SKHI-71-(R)

7

900

+15/-6,5

2

50

2500

SKHI-DRlVE Plug-and-play________________________

SKHI-lO/12-(R)

1

1200

+15/-8

9,6

100

2500

SKHI-10/17-(R)

1

1700

+15/-8

9,6

100

4000

SKHI-23/12-(R)__

2

1200

+15/-8

4,8

100

2500

SKHI-23-17-(R)

2

1700

+15/-8

4,8

100

4000

SKHI-26-W

2

1600

+15/-8

10

100

4000 I

SKHI-27-W

2

1700

+15/-8

30

10

4000 |

Внешний вид драйверов серии SKYPER Driver Соге приведен на рис. 2.3.40. Это — печатная плата с размерами 66 x 67 x 19 мм. Драйверы предназначены для управления IGBT транзисторами, включенными по мостовой схеме. Они имеют в своем составе встроенный и

гальванически развязанный источник питания для силовой драйверной части, схему снижения напряжения питания для силовой драйверной части, схему защиты от коротких выбросов напряжения (short pulse suppression), схему защиты от снижения напряжения питания (under-voltage protection), блокировку одновременного включения транзисторов «верхнего» и «нижнего» плеча (drive interlock), динамическую защиту от воздействия коротких импульсов (dynamic short circuit protection) на вход контроля насыщения цепи «коллекторэмиттер», узел аварийного управления (failure management), раздельное задание токов открывания и зарывания затворов управляемых транзисторов.

На рис. 2.3.42 показана цепь мониторинга насыщенного состояния управляемых транзисторов. Номиналы элементов этой цепи оп-

На рис. 2.3.41 показана типовая схема включения драйверов серии SKYPER Driver Core. Питание драйвера осуществляется от однополярного источника напряжением 15 В, управлениедрайвером происходит через выводы INPUT ТОР и INPUT ВОТ, также драйвером формируется выходной диагностический сигнал ERROR OUT. С остальными элементами обвязки читатели уже знакомы, поэтому дополнительных пояснений мы приводить не будем, за исключением некоторых подробностей в отношении цепи мониторинга насыщения силового транзистора, расчет элементов которой приведен ниже.

Рис. 2.3.41. Типовая схема включения драйвера серии SKYPER Driver Core

ределяются исходя из контролируемой величины напряжения насыщения VCEsat и времени блокировки контроля tbl по формуле

Рис. 2.3.42. К расчету элементов цепи мониторинга насыщения

Подстановка величин в приведенные формулы (2.3.6) и (2.3.7) следует осуществлять в соответствии с указанными в квадратных скобках единицах.

Внешний вид драйверов серии SKHI-DRIVE PCB-mountable приведен на рис. 2.3.43. Эти драйверы представляют собой функционально-законченные модули, помещенные в защитный корпус с габаритными размерами 55 x 55 x 16 мм. Монтаж драйверов выполняется на дополнительной печатной плате, конструктивное исполнение которой разрабатывается под конкретный силовой модуль.

В своем составе драйверы имеют полностью законченные узлы управления силовыми транзисторами, встроенный гальванически развязанный источник питания, схему мониторинга аварийного состояния. На рис. 2.3.44 показана функциональная схема драйвера. Интересной особенностью схемы является возможность задания защитной паузы «мертвое время» при переключении транзисторов «верхнего» и «нижнего» плеча дискретно, с помощью установки сигналов высокого или низкого уровня на выводах P5, P6, P9 (TDT1, SELECT, TDT2). При этом осуществляется выбор временного интервала (в мкс) из ряда 0,0; 1,3; 2,3; 3,3; 4,3. Схема подавления коротких управляющих импульсов позволяет заблокировать прохождение на выход драйвера импульсов длительностью менее 500 нс. Встроенная схема мониторинга внутреннего напряжения питания отслеживает номинальное напряжение питания 15 В, и при снижении его ниже 13 В устанавливает сигнал ошибки ERROR драйвера. Также отслеживается состояние насыщения силового транзистора через выводы S1 и S2. При возникновении аварии выполняется сигнализация посредством обработки сигнала, снимаемого с выхода ERROR.

Рис. 2.3.44. Функциональная схема драйверов серии SKHI-DRIVE PCB-mountable

Предусмотренная в схеме RC-цепочка RCE, ССЕ предназначена для регулировки времени блокировки мониторинга состояния насыщения управляемого транзистора. Выбор номиналов этих элементов осуществляется исходя из величины напряжения насыщения управляемого

IGBT транзистора VCEsat и времени блокировки контроля tbl по следующим соотношениям:

Третий вид драйверов серии SKHI-DRIVE Plug-and-play представляет собой модули на основе печатной платы, устанавливаемой в непосредственной близости от управляемого IGBT модуля и подключаемой к модулю с помощью проводов. Внешний вид одноканального драйвера этой серии показан на рис. 2.3.45.

Рис. 2.3.45. Внешний вид драйверов серии SKHI-DRIVE Plug-and-play

В целях облегчения применения своих драйверов фирма-производитель разработала для них технологию «plug-and-play» («подключай и работай»), которая выражается в наличии на драйверных платах перемычек типа «джампер». Устанавливая посредством переключений джамперов необходимый режим работы, можно применять один и тот же драйвер в различных преобразователях (что важно в промышленном производстве с точки зрения унификации комплектующих элементов и сокращения их номенклатуры), а также сократить время на сборку и настройку преобразователя (что также важно при создании промышленной конкурентоспособной продукции).

На рис. 2.3.46 приведена функциональная схема одноканального драйвера SKHI 10/12. Набор функций у него — стандартный, поэтому не будем вновь описывать их, а упомянем элементы, задействованные

Рис. 2.3.46. Функциональная схема драйверов серии SKHI-DRIVE

Plug-and-play

для обеспечения технологии «подключай и работай». Как видно из схемы, этих элементов здесь три: джамперы J1, J2, J3. Джампер J1 предназначен для установки режима управления входной логической схемой от 5-вольтовой, либо от 15-вольтовой КМОП-логики. Джампер J2 устанавливает режим управления затворами IGBT транзисторов: здесь возможны режимы задания раздельных токов открывания и закрывания, либо одинаковых токов управления. Назначение джампера J3 — подключение внешнего или внутреннего нагрузочного резистора для сигнала сброса драйвера.

Фирма «CT-Concept» [34] специализируется на выпуске драйверов различных исполнений для управления IGBT сборками средней и большой мощности. Уникальной особенностью этой фирмы является выпуск номенклатуры драйверов, рассчитанных для установки на модули от ведущих производителей силовой электроники — «Dynex», «Infmeon-Eupec», «Mitsubishi-Electric». Впрочем, драйверы могут устанавливаться и на аналогичные модули, производимые другими фирмами, поскольку в целом корпуса IGBT модулей сегодня имеют высокую степень унификации. Интересно также отметить, что часть драйверов фирмы «CT-Concept» имеют оптоволоконный интерфейс связи со схемой формирования ШИМ-сигналов. Все драйверы этой фирмы выпускаются по технологии «plug-and-play».

Основная номенклатура драйверов, производимых в настоящее время «CT-Concept», приведена в табл. 2.3.3. Драйверы классифицированы по величине допустимого напряжения в силовой цепи.


Типономинал

драйвера

Ток силовой цепи IGBT сборки, А

Количество

каналов

Тип входного интерфейса

Тип корпуса IGBT модуля

Для IGBT модулей на напряжение 1200 В !

2SD316EI-150

150

2

Электрический

EconoDUAL

6SD312EI-150

150

6

Электрический

EconoPACK+ j

2SD316EI-225

225

2

Электрический

EconoDUAL |

6SD312EI-225

225

6

Электрический

EconoPACK+ |

2SD316EI-300

300

2

Электрический

EconoDUAL I

6SD312EI-300

300

6

Электрический

EconoPACK+ |

2SD316EI-450

450

2

Электрический

EconoDUAL |

6SD312EI-450

450

6

Электрический

EconoPACK+ !

2SB315A-800

800

2

Электрический

130 x 140 мм

2SB315B-800

800

2

Оптический

130 x 140 мм

2SB315A-1200

1200

2

Электрический

130 x 140 мм

2SB315B-1200

1200

2

Оптический

130 x мм

lSD418F2-2400

2400

1

Оптический

190 x 140 мм

lSD536F2-2400

2400

1

Оптический

190 x 140 мм

lSD536F2-3600

3600

1

Оптический

190 x мм

Для IGBT модулей на напряжение 1700 В

2SD316EI-150

150

2

Электрический

EconoDUAL

6SD312EI-150

150

6

Электрический

EconoPACK+ !

2SD316EI-225

225

2

i____

Электрический

EconoDUAL

6SD312EI-225

225 6

Электрический

EconoPACK+ |

2SD316EI-300

300 2

Электрический

EconoDUAL j

6SD312EI-300

300 6

Электрический

EconoPACK+ !

2SD316EI-450

450 2

Электрический

EconoDUAL j

6SD312EI-450

450 | 6

Электрический

EconoPACK+ |

2SB315A-800

800 ! 2

!

Электрический

130 x 140 мм

Типономинал

драйвера

Ток силовой цепи IGBT сборки, А

Количество

каналов

Тип входного интерфейса

Тип корпуса IGBT модуля

2SB315B-800

800

2

Оптический

130 x 140 мм

2SB315A-1200

1200

2

Электрический

130 x 140 мм

2SB315B-1200

1200

2

Оптический

130 x 140 мм

lSD418F2-2400

2400

1

Оптический

190 x 140 мм

lSD536F2-2400

2400

1

Оптический

190 x 140 мм

lSD536F2-3600

3600

1

Оптический

190 x 140 мм

Для IGBT модулей на напряжение 2500 В

1SD536F2-1200 | 1200

1

Оптический

190 x 140 мм

1SD418F2-1500 | 1500

1

Оптический

190 x 140 мм

1SD536F2-1500 ; 1500

1

Оптический

190 x 140 мм

Для IGBT модулей на напряжение 3300 В

lSD418F2-800

800

1

Оптический

130 x 140 мм

lSD536F2-800

800

1

Оптический

130 x 140 мм

lSD536F2-800

800

1

Оптический

190 x 140 мм

1SD536F2-1200

1200

1

Оптический

190 x 140 мм

1SD536F2-1200

1200

1

Оптический

190 x 140 мм

1SD536F2-1500

1500

1

Оптический

190 x 140 мм

Для IGBT модулей на напряжение 4500 В

lSD312F2-400

400 | 1

Оптический

130 x 140 мм

lSD312F2-600

600 | 1

Оптический

130 x 140 мм

lSD312F2-900

900 j 1

Оптический

190 x 140 мм

Для IGBT модулей на напряжение 6500 В

lSD210F2-200

| 200

1

Оптический

73 x 140 мм

lSD210F2-400

i 400

i_______

1

Оптический

130 x 140 мм

lSD210F2-600 ! 600

– „^Л,————– –,——— :~

1

Оптический

190 x 140 мм

Источник: Семенов Б. Ю. Силовая электроника: профессиональные решения. — М.: СОЛОН-ПРЕСС, 2011. — 416 c.: ил.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты