新型IGBT/MOSFET驱动模块SKHI22A/B

摘要：SKHI22A/B是德国西门康（SEMIKRON）公司推出的一种新型的IGBT/MOSFET的驱动模块。文章介绍了SKHI22A/B的主要结构特点和功能，给出了它的具体应用电路。

    关键词：IGBT；驱动模块 ；SKHI22A/B

１　概述

ＳＫＨＩ系列驱动模块是德国西门康（ＳＥＭＩＫＲＯＮ）公司推出的一种新型ＩＧＢＴ／ＭＯＳＦＥＴ驱动模块。ＳＫＨＩ系列驱动模块主要有以下特点：

●仅需一个不需隔离的＋１５Ｖ电源供电?

●抗ｄＶ／ｄｔ能力可以达到７５ｋＶ／μｓ?

●控制电路和ＩＧＢＴ主电路之间的隔离电压可以达到４ｋＶ

    ●输出峰值电流可以达到３０Ａ?

●同一桥臂上下开关管驱动信号具有互锁功能，可以防止两个开关管的贯穿导通?

●死区时间、ＶＣＥ的监控、ＲＧＯＮ／ＯＦＦ可以分别调节，因而可以对不同用户的特殊需求进行优化?

●可以输出差错信号以通知控制系统?

●具有过流、欠压保护功能。

下面主要以ＳＫＨＩ２２Ａ为例，对ＳＫＨＩ系列驱动模块进行介绍。

２ 内部结构及原理

ＳＫＨＩ２２Ａ／Ｂ引脚功能排列如表１所列。图１所示是ＳＫＨＩ系列驱动器的内部电路原理图。

表1 SKHI22A的引脚功能

引脚号	引脚名称	引脚说明
P14	GND/0V	相应输入信号的地
P13	Vs	电源+15V±4%
P12	VIN1	上开关管的输入开关信号1，+5V逻辑（对于SKHI22A/21A为+15V逻辑）
P11	FREE	空置
P10	ERROR	差错输出，低有效，集电极开路输出，最大为30V/15mA
P9	TDT2	通过接地或接Vs数字调节桥臂上下开关管的死区时间
P8	VIN2	下管的输入开关信号1，+5V逻辑（对于SKHI22A/21A为+15V逻辑）
P7	GND/0V	相应输入信号的地
S20	VCE1	接IGBT1的集电极（上开关管）
S15	CCE1	通过外接RCE和CCE来调节参考电压
S14	GON1	接RON到IBGT1的基极
S13	GOFF1	接ROFF到IBGT1的基极
S12	E1	接IGBT1的发射极（上开关管）
S1	VCE2	接IGBT2的集电极（下开关管）
S6	CCE2	通过外扫RCE和CCE来调节参考电压
S7	GON2	接RON到IGBT2的基极
S8	GOFF2	接ROFF到IGBT2的基极
S9	E2	接IGBT2的发送极（下开关管）

２．１ ＳＫＨＩ２２Ａ／Ｂ的脉冲整形电路

ＳＫＨＩ中的脉冲整形电路的作用是在控制ＩＢＧＴ的脉冲信号输入后，用短脉冲抑制电路对脉冲宽度小于５００ｎｓ的开关脉冲进行抑制，以使其不能传递到ＩＧＢＴ，这样可以有效的抑制电磁干扰引起的电压尖峰对开关管的误触发，从而提高驱动电路的抗干扰能力。另外，模块还可以对输入的触发脉冲进行整形（例如常用的ＳＧ３５２５芯片所产生的脉冲在上升沿往往有电压尖峰，而且在脉冲高低电平时有时电平会有波动），而且在经过ＳＫＨＩ整形输出以后，波形已十分标准，因而能可靠地对ＩＧＢＴ进行控制。

２．２ ＳＫＨＩ２２Ａ／Ｂ的脉冲互锁电路

脉冲互锁电路的互锁时间由外接端子ＴＤＴ１、ＴＤＴ２和ＳＥＣＥＬＴ所接的高低电平来决定。同时可由这三个端子进行数字调节（ＳＫＨＩ２２Ａ只有ＴＤＴ２）。这种设计可以使不同开关速度的开关器件的互锁时间均大于ＩＧＢＴ的关断延迟时间，从而避免贯穿导通。

２．３ ＳＫＨＩ２２Ａ／Ｂ的欠压保护电路

模块内部欠压保护电路的作用是当电源电压低于＋１３Ｖ时，将差错输出端的电平拉低，以输出差错信号。

以上三部分控制电路被集成在一块ＡＳＩＣ中，与一般的分立元件组成的电路相比，这样可以大大的提高控制电路的抗干扰能力，同时可靠性也得到了提高。另外，ＳＫＨＩ系列器件的初级（控制部分）和次级（主电路部分）之间还可通过变压器实现隔离。

２．４ ＳＫＨＩ２２Ａ／Ｂ驱动器的输出级

ＳＫＨＩ驱动器件的输出级采用ＭＯＳＦＥＴ晶体管互补电路的形式以降低驱动源的内阻，同时可加速ＩＧ-ＢＴ的关断过程。图２所示是其输出级电路。图中，ＭＯＳＦＥＴ的源极分别和外部端子进行连接，这样即可通过分别串接的ＲＯＮ和ＲＯＦＦ调节ＩＧＢＴ的开通和关断速度；内部集成电压源可提高模块的可靠性；通过调节电源电压可以在不减小ＶＧＥ的情况下提供满功率输出脉冲，从而防止因ＩＧＢＴ退出饱和而损坏。

２．５ ＳＫＨＩ２２Ａ／Ｂ的短路保护

ＳＫＨＩ模块利用“延时搜索过电流保护”方法?通过检测ＩＧＢＴ通态压降的变化来实现ＩＧＢＴ的过电流保护。当电路出现短路时，出错信号将由ＶＣＥ输入并通过脉冲变压器传递到差错控制器，以封锁所有到ＩＧＢＴ的脉冲并触发出错信号端（Ｐ１０）。该模块通过调节检测ＶＣＥ电压信号的延时可以避免错误短路信号；其内部带有故障缺省记忆功能，可以防止重复的高电流脉冲对开关管的损坏，经过几个重复的高脉冲之后可以永久封闭脉冲输出。此外，它还同时带有差错信号输出，可以通知主控制板做出相应的动作。

２．６ ＳＫＨＩ２２Ａ／Ｂ的电压隔离

使用带涂层的环形铁氧体变压器可以使输入和输出级之间的隔离电压达到４ｋＶ。这是使用光耦作隔离驱动器件所不能达到的。使用脉冲变压器代替光耦在原副边之间可以防止很高的ｄＶ／ｄｔ（可以达到７５ｋＶ／μｓ）。

２．７ ＳＫＨＩ２２Ａ／Ｂ的辅助电源

由于ＳＫＨＩ模块内部有带隔离变压器的ＤＣ／ＤＣ变换器，因而可以节省外部变压器并可使设计布局更加紧凑；在辅助电源原边有欠电压监控电路，这样可以保证ＩＧＢＴ有一个安全可靠并能提供足够功率的门极驱动电路；每个ＩＧＢＴ采用相互独立的电源。因此，其电源之间的耦合电容很小，从而提高了开关信号的抗干扰能力。

３　应用电路

ＳＫＨＩ２２Ａ／Ｂ的应用电路如图３所示。图中，ＩＮ-ＰＵＴ?ＴＯＰ?和ＩＮＰＯＵＴ?ＢＯＴＴＯＭ?分别为同一桥臂上、下开关管的触发脉冲；管脚ＴＤＴ２接高电平＋１５Ｖ时，死区时间为４．２５μｓ，接低电平ＧＮＤ时，死区时间为３．２５μｓ。ＥＲＲＯＲ管脚为差错信号输出，当模块检测到电路有过流、欠压等现象并进行保护时，该管脚电平将被拉低以通知主控制板。

管脚Ｓ１５、Ｓ６外接的ＲＣＥ和ＣＣＥ?用于调节管子过流保护时的压降。对于１２００Ｖ的ＩＧＢＴ，一般选择ＲＣＥ为１８ｋΩ、ＣＣＥ为３００ｐＦ，此时管压降门限为５Ｖ。管脚Ｓ１４、Ｓ７外接ＩＧＢＴ的栅极导通电阻ＲＯＮ，该电阻一般应在３～２２Ω之间，实际应用时，该电阻的发热比较严重，因此建议使用２Ｗ的电阻。管脚Ｓ１３、Ｓ８外接ＩＧＢＴ的栅极导通电阻ＲＯＦＦ，其使用方法和ＲＯＮ一样。管脚Ｓ２０、Ｓ１分别连接检测上、下开关管的漏极。对于１７００Ｖ的ＩＧＢＴ，通常应该串接１ｋΩ／０．４Ｗ的电阻。