应用指南栅极驱动器与IGBT和控制器的连接AN-7002 - Semikron

应 用 指 南
AN-7002
版 本 号 :
发 布 日 期 :
作 者 :
00
2006-09-05
Pramod Bhosale
Markus Hermwille
关 键 词 :IGBT 驱 动 器 , 连 接 , 控 制 器 ,IGBT
www.Semikron.com/Application/DriverConnection
栅 极 驱 动 器 与 IGBT 和 控 制 器 的 连 接
本 应 用 指 南 提 供 关 于 栅 极 驱 动 器 与 控 制 器 和和 IGBT 模
块 相 连 接 的 信 息 。 该 信 息 将 有 助 于 使 栅 极 驱 动 器 和和
IGBT 模 块 中 由 电 磁 干 扰 、 信 号 振 荡 或 感 应 噪 声 所 导
致 的 故 障 发 生 几 率 降 为 最 低 。 本 应 用 指 南 中 所 提 供
的 信 息 并 不 全 面 , 只 包 含 一 些 提 示 信 息 并 不 是 完 整
的 设 计 规 则 。 设 计 是 否 合 适 取 决 于 用 户 自 己 。
栅 极 驱 动 器 和和 控 制 器 之 间 的 连 接
栅 极 驱 动 器 的 控 制 信 号 不 应 受 到 干 扰 的 损 害 。 引 起
电 气 干 扰 的 原 因 有 很 多 , 其 中 一 个 就 是 由 于 开 关
IGBT 所 导 致 的 高 di/dt 和和 dv/dt 变 化 率 。
从 理 论 上 说 , 不 应 有 来 自 其 他 信 号 的 影 响响 干 扰 控 制
信 号 , 因 为 这 可 能 引 起 故 障 。 然 而 , 在 实 践 中 , 这
是 不 可 能 做 到 的 。 那 就 是 说 , 电 缆 应 正 确 走 线 , 以
将 这 种 影 响响 降 到 最 低 程 度 。 下 面 给 出 一 些 有 关 栅 极
驱 动 器 和和 控 制 器 连 接 的 设 计 提 示 。
印 刷 电 路 板 上 的 走 线 应 尽 可 能 的 短 , 并 避 免 出 现
环 路 。
电 缆 应 尽 可 能 的 短 , 不 能 超 过 三 米 , 应 使 用 双 绞
线 。
控 制 信 号 ( 低 功 率 信 号 ) 不 能 与 大 功 率 信 号 ( 电
源 ) 捆 绑 在 一 起 。 应 使 用 单 独 信 号 地 线 和和 电 源 地
线 。 两 者 应 只 在 一 处 相 连 接 ( 大 部 分 情 况 下 在 驱
动 器 上 ) 以 避 免 产 生 环 路 。
信 号 电 缆 的 放 置 应 远 离 电 源 端 子 、 电 源 电 缆 、 地
线 电 缆 、 直 流 环 节 电 容 和和 其 他 干 扰 源 。
控 制 信 号 电 缆 不 应 与 电 源 电 缆 相 平 行 。 控 制 信 号
电 缆 和和 电 源 电 缆 之 间 的 最 小 间 距 应 为 30cm, 并
且 这 些 电 缆 只 能 垂 直 交 叉 。
建 议 所 有 的 电 缆 靠 近 地 ( 如 : 散 热 器 或 其 他 类 似
的 东 西 )。
在 干 扰 密 集 的 应 用 中 , 建 议 使 用 屏 蔽 电 缆 或 光 纤
接 口 来 增 强 抗 干 扰 能 力 。
在 栅 极 驱 动 器 的 信 号 线 和和 电 源 地 线 之 间 使 用 小 电
容 (1nF) 以 抑 制 差 模 干 扰 。
不 建 议 使 用 开 放 集 电 极 驱 动 器
滤 波 电 容 的 使 用
栅 极 驱 动 器 的 输 入 端 连 接 一 个 电 容 以
获 得 较 强 的 抗 干 扰 能 力 。
用 于 限 流 线 路 驱 动 器 时 , 该 电 容 会 带
来 几 ns 的 小 延 迟 。
电 容 应 尽 可 能 靠 近 栅 极 驱 动 器 的 接
口 。
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应 用 指 南 AN-7002
栅 极 驱 动 器 和和 IGBT 模 块 间 的 连 接
栅 极 驱 动 器 必 须 靠 近 IGBT 模 块 , 以 使 两 者 之 间 的 杂
散 电 感 最 小 。 一 种 可 行 的 解 决 方 法 是 , 将 栅 极 驱 动
器 直 接 安 装 在 IGBT 模 块 上 。 即 使 是 大 功 率 IGBT 模
块 , 该 方 法 也 适 用 。
直 接 安 装 在 SEMiX IGBT 模 块 顶 部 的 栅 极 驱 动 器 SKYPER 32
对 于 电 力 电 子 系 统 , 除 了 驱 动 器 和和 监 视 功 能 的 电 路
要 可 靠 外 , 另 一 个 关 键 要 求 是 要 在 栅 极 驱 动 器 和和 功
率 模 块 之 间 提 供 一 个 最 佳 的 连 接 。 在 传 统 解 决 方 案
中 , 驱 动 器 和和 电 源 模 块 都 是 用 尽 可 能 短 且 低 电 感 的
电 线 和和 双 绞 线 连 接 的 。 然 而 , 由 于 设 计 上 的 限 制 ,
连 接 不 可 能 总 是 最 佳 的 。 所 带 来 的 结 果 就 是 复 杂 的
布 线 、 焊 接 和和 插 接 件 连 接 。
一 个 不 需 焊 接 和和 复 杂 的 布 线 的 连 接 应 考 虑 到 方 案 的
开 发 和和 生 产 。 该 方 案 中 , 栅 极 驱 动 器 能 够 可 靠 地 连
接 到 功 率 半 导 体 上 , 并 且 在 制 造 过 程 的 任 何 阶 段 ,
栅 极 驱 动 器 始 终 保 持 连 接 。 为 了 达 到 这 个 目 的 , 一
种 快 速 简 便 的 方 法 是 使 用 标 准 栅 极 驱 动 器
SKYPER、 一 块 与 应 用 相 关 的 适 配 器 板 和和 IGBT 模 块
SEMiX。 与 集 成 功 率 模 块 ( IPM) 不 同 , 该 方 案 提
供 了 电 气 设 计 上 的 灵 活 性 。
把 SEMiX IGBT 模 块 、 适 配 器 板 和和 栅 极 驱 动 器 直 接 安
装 在 功 率 模 块 的 顶 部 , 将 使 连 接 尽 可 能 的 短 且 可
靠 。 由 于 使 用 了 基 于 弹 簧 连 接 技 术 , 这 种 连 接 无 需
焊 接 。 用 于 满 足 所 用 IGBT 模 块 和和 应 用 需 求 的 适 配 器
板 通 过 螺 丝 拧 在 SEMiX 模 块 上 。 集 成 在 模 块 中 的 弹
簧 通 过 适 配 器 板 底 部 的 焊 盘 提 供 连 接 , 然 后 驱 动 器
从 适 配 器 顶 部 扣 上 。 由 于 SKYPER 模 块 中 强 劲 的 标
准 接 口 , 这 样 做 是 可 以 实 现 的 。 该 接 口 也 适 合 与 插
接 件 一 起 使 用 。
下 面 给 出 一 些 在 采 用 电 线 连 接 的 系 统 中 有 关 栅 极 驱 动 器 和和 IGBT 之 间 连 接 的 设 计 提 示 :
应 使 直 流 环 节 中 的 任 何 寄 生 电 感 为 最 小 。 过 电 压
可 由 功 率 模 块 主 端 子 ( 加 或 减 ) 间 的 C- 或 RCD-
缓 冲 器 吸吸 收 。
使 功 率 模 式 短 小 且 密 集 , 以 减 少 杂 散 电 感 和和 电
阻 。
栅 极 驱 动 器 和和 IGBT 模 块 间 的 连 接 导 线 必 须 尽 可
能 短 。 由 于 磁 场 将 被 反 方 向 流 动 的 相 等 电 流 所 补
偿 , 因 此 栅 极 和和 发 射 极 导 线 必 须 是 双 绞 线 , 以 减
小 互 感 。
V CE 检 测 线 不 能 与 栅 极 和和 发 射 极 电 线 捆 绑 在 一
起 。
用 于 顶 部 和和 底 部 IGBT 或 其 他 相 的 栅 极 电 线 不 能
捆 绑 在 一 起 。
建 议 在 栅 极 和和 发 射 极 之 间 放 置 一 个 10kΩ 电 阻
(R GE )。 如 果 采 用 电 线 连 接 , 不 要 将 R GE 放 置
在 印 刷 电 路 板 和和 IGBT 模 块 之 间 。R GE 必 须 放 在 非
常 靠 近 IGBT 模 块 的 地 方 。
使 用 辅 助 发 射 极 端 子 以 使 栅 极 - 发 射 极 电 压 的 负
反 馈 效 应 为 最 小 。
在 栅 极 和和 发 射 极 之 间 使 用 抑 制 二 极 管 ( 背 对 背 齐
纳 二 极 管 )。 该 二 极 管 必 须 放 在 非 常 靠 近 IGBT
模 块 的 地 方 。
在 栅 极 和和 发 射 极 之 间 使 用 一 个 电 容 (C GE ) 是 有
利 的 , 即 使 对 于 大 功 率 IGBT 模 块 和和 并 联 运 行 模
式 也 是 如 此 。C GE 的 大 小 应 约 为 所 用 IGBT 的 C GE
的 10%。C GE 必 须 放 在 非 常 靠 近 IGBT 模 块 的 地
方 。
避 免 存 在 电 流 环 路 。
将 用 于 控 制 导 通 和和 关 断 的 栅 极 电 阻 放 在 一 起 。
如 果 栅 极 驱 动 器 是 用 在 大 功 率 应 用 中 , 使 用 一 个
带 有 全 部 组 件 并 焊 接 到 IGBT 模 块 栅 极 和和 发 射 极
的 辅 助 印 刷 电 路 板 。
如 果 使 用 了 外 部 升 压 电 容 , 该 电 容 应 尽 可 能 靠 近
栅 极 驱 动 器 , 以 使 寄 生 电 感 最 小 。
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栅 极 驱 动 器 连 接 和和 杂 散 电 感
如 果 驱 动 器 的 地 线 连 接 到 功 率 发 射 极 端 子 , 那 么
由 于 负 载 电 流 的 高 di/dt, 将 在 L ES 上 感 应 出 电
压 。 该 电 压 降 低 了 栅 极 导 通 电 压 , 且 电 压 被 加 到
栅 极 关 断 电 压 上 , 从 而 降 低 了 导 通 和和 关 断 速 度 。
基 于 这 个 原 因 , 辅 助 发 射 极 和和 功 率 发 射 极 之 间 的
杂 散 电 感 不 应 被 共 享 。
为 了 在 驱 动 器 供 电 电 压 被 关 断 且 电 压 被 供 给 功 率
电 路 下 的 情 况 , 确 保 IGBT 锁 定 , 应 集 成 一 个 电
阻 R GE 。
抑 制 二 极 管 必 须 放 在 非 常 靠 近 IGBT 模 块 的 地
方 , 能 够 在 过 电 压 情 况 下 保 护 IGBT 栅 极 , 并 且
在 发 生 短 路 时 , 限 制 短 路 电 流 。 由 于 集 电 极 和和 栅
极 间 的 存 在 密 勒 电 容 , 因 此 发 生 短 路 时 , 栅 极 发
射 极 电 压 可 能 增 大 。 短 路 期 间 的 高 dv/dt 会 产 生
一 个 流 经 密 勒 电 容 的 电 流 , 这 会 增 大 栅 极 发 射 极
电 压 。 抑 制 二 极 管 将 钳 住 此 电 压 。 此 外 , 万 一
IGBT 模 块 发 生 故 障 , 抑 制 二 极 管 可 以 保 护 栅 极
驱 动 器 免 遭 相 应 的 损 害 。
为 了 减 小 IGBT 栅 极 的 振 荡 , 栅 极 发 射 极 电 容 C GE
用 作 平 滑 电 容 , 尤 其 是 在 发 生 短 路 时 。
注 意 :
建 议 用 户 的 技 术 专 家 进 行 测 试 以 确 保 在 IGBT 的 控 制 通 道 中 不 会 有 振 荡 产 生 。
符 号 和和 术 语
符 号
CGE
LES
LGS
RG
RGE
术 语
栅 极 - 发 射 极 电 容
发 射 极 杂 散 电 感
栅 极 杂 散 电 感
栅 极 电 阻
栅 极 - 发 射 极 电 阻
参 考 文 献
[1] http://www.SEMIKRON.com
[2] Application Manual Power Modules, SEMIKRON
International
[3] M. Hermwille, "Plug and Play IGBT Driver Cores for
Converters", Power Electronics Europe Issue 2, pp.10-
12, 2006
[4] M. Hermwille, "IGBT Driver Calculation", Application
Note AN-7004, SEMIKRON
[5] M. Hermwille, "IGBT Gate Resistor – Principle and
Application", Application Note AN-7003, SEMIKRON
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声 明
赛 米 控 保 留 因 改 善 可 靠 性 , 功 能 或 设 计 而 更 改 文 档 但 不 作 另 行 通 知 的 权 利 。 本 文 档 所 提 供 的 信 息 被 认 为 是 准 确 和和 可 靠 。 但
是 , 赛 米 控 并 不 给 予 任 何 声 明 或 保 证 , 也 不 对 准 确 性 和和 使 用 这 些 信 息 所 带 来 的 后 果 承 担 任 何 的 法 律 责 任 。 赛 米 控 不 对 应 用
和和 使 用 此 处 所 描 述 的 产 品品 和和 电 路 而 产 生 的 后 果 承 担 任 何 的 法 律 责 任 。 此 外 , 本 技 术 资 料 不 能 被 视 为 对 器 件 特 性 的 保 证 。 也
不 对 有 关 交 货 、 性 能 或 适 用 性 做 任 何 明 确 或 暗 示 的 保 证 和和 担 保 。 这 份 文 件 并 不 详 尽 , 它 取 代 所 有 以 前 提 供 的 资 料 并 可 能 被
更 新 的 文 档 所 取 代 , 而 无 另 行 通 知 。
在 无 赛 米 控 明 确 书 面 批 准 的 情 况 下 , 赛 米 控 的 产 品品 未 被 授 权 用 于 生 命命 支 持 设 备 和和 系 统 。
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