IGBT驅動芯片IXDN404應用及改進
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介紹了IXYS公司大功率IGBT驅動芯片IXDN404的特點及性能，并在此基礎上，根據IGBT驅動的實際要求，設計出了一種具有過流保護及慢關斷功能的簡單有效的驅動電路，給出了實際電路圖和驅動波形。
本文引用地址：http://www.104case.com/article/179162.htm0 引言
絕緣柵晶體管IGBT是近年來發展最快而且很有前途的一種復合型器件，并以其綜合性能優勢在開關電源、UPS、逆變器、變頻器、交流伺服系統、DC/DC變換、焊接電源、感應加熱裝置、家用電器等領域得到了廣泛應用。然而，在其使用過程中，發現了不少影響其應用的問題，其中之一就是IGBT的門極驅動與保護。目前國內使用較多的有富士公司生產的EXB系列，三菱公司生產的M579系列，MOTOROLA公司生產的MC33153等驅動電路。這些驅動電路各有特點，均可實現IGBT的驅動與保護，但也有其應用限制，例如：驅動功率低，延遲時間長，保護電路不完善，應用頻率限制等。本文，以IXYS公司生產的IGBT驅動芯片IXDN404為基礎，介紹了其特性和參數，設計了實際驅動與保護電路，經過實驗驗證，可滿足IGBT的實際驅動和過流及短路時實施慢關斷策略的保護要求。
1 IXDN404驅動芯片簡介
IXDN404為IXYS公司生產的高速CMOS電平IGBT/MOSFET驅動器，其特性如下：
——高輸出峰值電流可達到4A；
——工作電壓范圍4.5V～25V；
——驅動電容1800pF15ns；
——低傳輸延遲時間；
——上升與下降時間匹配；
——輸出高阻抗；
——輸入電流低；
——每片含有兩路驅動；
——輸入可為TTL或CMOS電平。
其電路原理圖如圖1所示，主要電氣參數如表1所列。
圖1 IXDN404電路原理圖
表1 IXDN404主要電氣參數
| 符號 | 參數 | 測試條件 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 單位 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Vih | 輸入門限電壓，邏輯1 | 3.5 | V | |||
| Vil | 輸入門限電壓，邏輯0 | 0.8 | V | |||
| Voh | 輸出電壓，邏輯1 | Vcc－0.025 | V | |||
| Vol | 輸出電壓，邏輯0 | 0.025 | V | |||
| Ipeak | 峰值輸出電流 | Vcc=18V | 4 | A | ||
| Idc | 連續輸出電流 | Vce=18V | 1 | A | ||
| tr | 上升時間 | C1=1800pF Vcc=18V | 11 | 12 | 15 | ns |
| tf | 下降時間 | C1=1800pF Vcc=18V | 12 | 14 | 17 | ns |
| tond | 上升時間延遲 | C1=1800pF Vcc=18V | 33 | 34 | 38 | ns |
| toffd | 下降時間延遲 | C1=1800pF Vcc=18V | 28 | 30 | 35 | ns |
| Vcc | 供電電壓 | 4.5 | 18 | 25 | V | |
| Icc | 供電電流 | Vin=＋Vcc | 10 | μA |
2 驅動芯片應用與改進
圖2為IXDN404組成的IGBT實用驅動與保護電路，該電路可驅動1200V/100A的IGBT，驅動電路信號延遲時間不超過150ns，所以開關頻率圖2由IXDN404組成的IGBT保護與驅動電路圖1IXDN404電路原理圖可以高達100kHz。可應用于DSP控制的高頻開關電源、逆變器、變頻器等功率電路中。根據IXYS公司的使用手冊，IXDN404僅能提供0～＋Vcc的驅動脈沖。我們在此基礎上，增加5.1V穩壓二極管Z3以實現－5V偏置電壓；由穩壓管電壓為光耦6N137和反相器CD4069供電，節省了一路驅動電源；增加降柵壓及慢關斷保護電路，實現IGBT的保護功能；降柵壓及慢關斷電路是通過控制IXDN404供電電壓Vcc來實現的，明顯不同于其它保護電路的前級降壓控制方式。下面介紹其工作原理。
圖2 由IXDN404組成的IGBT保護與驅動電路
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