可实时调节的栅极电流控制芯片解决了电力驱动中的dvdt问题.PDFVIP

PCIM Europe 2014, 20 - 22 May 2014, Nuremberg, Germany 可实时调节的栅极电流控制芯片解决了电力驱动中的dv/dt问题 Wolfgang Frank ，德国英飞凌AG ，Wolfgang.frank@ André Arens ，德国英飞凌AG ，Andre.arens@ Stephan Hörold，奥地利德国英飞凌AG ，Stephan.hoerold@ 摘要 对于电力电子的 EMI 特性，调整续流二极管和 IGBT 之间电流的切换速度起着重要作用([1] [6]) 。高 dv/dt 表示电机绕组绝缘及电机轴承承受很大压力（[7]和[8] ），并且它通常会对电源 产生传导和辐射干扰。许多用于对 IGBT 开通进行速度控制的产品都是已知的（[2] 、[3]和[4] ） 并且解决方案导致出现大型的复杂控制单元。本文说明了新型栅极驱动芯片([5]) 的优点，此芯 片提供用于和开关波形相关的集电极发射极电压瞬态 dvCE/dt 的在线调整功能。还说明了此芯 片面向应用中的新设计折衷。 1. 简介 采用脉冲宽度调制技术工作的现代逆变器对电机驱动应用带来了许多负面影响。这些副作用包 括非密封绕组和密封绕组中的绕组绝缘性能下降（尤其是密封绕组）、使用屏蔽电缆工作的逆 变器性能下降[9] 、PCB 布局劣化以及电机轴承退化。快速开关器件可以保证开关损耗越来越 低。另一方面，如果某个产品完全使用所提供的开关性能，EMI 问题和负面影响会不断增加。 通过设计栅极电阻包含可选栅极-发射极电容器，来解决开关性能与 EMI 之间的折衷问题是目 前的技术。此过程会产生确定的负面影响，此影响必须同时涵盖低负载工作和高负载工作。但 是，固定的栅极电阻会导致性能下降，并进而导致效率下降。需要可调节的栅极电阻来填补此 空缺。 本文中使用了最近提出的关于 IGBT 的栅极电流控制开通的概念[5]，此概念现在作为英飞凌的 EiceDRIVER™系列中的集成芯片实现。本文研究了从二极管到 IGBT 的电流切换期间的 dv /dt 和di /dt 瞬态。说明了芯片的作用并详细阐述了用于控制开通期间IGBT 的电流和电压 CE C 的压摆率的芯片功能。还说明了用于高效控制现代电力电子系统（例如三电平逆变器）的许多 创新型附加功能。实际测量证明了在线调整压摆率控制的优势。另外，还阐述了在 3 电平逆变 器中使用的用于过流和退饱和检测的特定芯片功能。 2. 引脚配置和聚类 开通栅极电流控制芯片在输入侧提供了两种不同的电压域。5 V 电源域（深蓝色）为芯片的主 要部分以及无铁芯变压器绝缘层供电。这包含端子VCC1 、GND1、SIGI 和SIGO 。 ISBN 978-3-8007-3606-4 98 © VDE VERLAG GMBH · Berlin · Offenbach PCIM Europe 2014, 20 - 22 May 2014, Nuremberg, Germany 另外，还有包含端子/FLT 、RDY1、RDY2、PADP、INP、INN、EN、PADN 及 SPEED （绿 色阴影）的控制域，可以为其提供电压电平3.3 V、5 V 和15 V。这不仅允许将此器件设计到 具有3.3 V 和5 V 电平的噪声适中的环境内，还允许使用15 V 电平的控制信号将器件设计到 噪声嘈杂的环境内。此电压域由端子PADP 和PADN 供电。 5V 5V VCC2 VCC 1 VCC2 RDESAT /FLT DESAT RDY2