Smart Gate Drive Coupler: цялостна защита за IGBT в инверторни приложения

Съединители за задвижване на интелигентни порти (SGD)са ключови компоненти за защита на захранващи устройства, особено биполярни транзистори с изолиран затвор (IGBT), от повреда от свръхток. Тази статия ще очертае информацията за оперативния дизайн на SGD, особено за моделите TLP5214A/TLP5214/TLP5212/TLP5222 на Toshiba, които са известни със своята функция за откриване на VCE (сателит), функцията за затягане на Miller и функцията за извеждане на FAULT.

1. Сравнение на SGD съединителни продукти

Различните модели съединители SGD се различават по параметри на работа и тези разлики са от решаващо значение за избора на правилния продукт. Например, пиковият изходен ток на моделите TLP5214A/TLP5214 е ±4.0A, докато моделите TLP5212/TLP5222 е ±2,5A. Захранващият ток и захранващото напрежение също са важни съображения и максималните стойности на тези параметри са съответно 3,8 mA, 3,5 mA и 5 mA и 15 V до 30 V. Праговият входен ток и прагът на DESAT също са ключови за разграничаване на различните модели, с максимална стойност от 6 mA и типична стойност от 6,5 V до 6,6 V. В допълнение, забавянето на разпространението, т.е. максималното време на забавяне на сигнала от входа към изхода, варира от 150ns до 250ns. Както е показано на фигура 1.1

2. Защитни характеристики

Защитните характеристики на съединителя SGD са неговите основни функции, включително функция UVLO (заключване при ниско напрежение), откриване на VCE (сателит), активно затягане на Miller и изходна система за повреда. Функцията UVLO гарантира, че няма случаен изход, когато захранващото напрежение е по-ниско от прага, докато VCE(sat) откриването следи напрежението колектор-емитер на IGBT и изключва операцията, за да защити устройството, след като бъде открито свръхток . Активната скоба на Милър намалява потенциалното увеличение между гейта и колектора на IGBT, докато изходната система за повреда извежда сигнал за повреда към главната контролна страна, когато бъде открита повреда. Претоварването е показано на фигура 1.2

3. Дизайн на приложението

При проектирането на приложението трябва да се вземат предвид множество параметри, включително съпротивление на гейт, време за заглушаване, наблюдение на късо съединение и издърпващ резистор на основния страничен сигнал за повреда. Настройката и регулирането на времето за заглушаване може да се извърши чрез външен заглушаващ кондензатор или верига за регулиране на времето на последователността за откриване на напрежение. Външната гасяща верига (RB) използва външен резистор за увеличаване на тока на зареждане на гасящия кондензатор, за да се гарантира, че защитната функция е ефективна по време на късо съединение. Праговото напрежение за откриване на късо съединение на IGBT може да се регулира чрез добавяне на диод или ценеров диод. Анализът на капацитета на затвора, съпротивлението на затвора и забавянето на разпространението показва влиянието на тези параметри върху забавянето на разпространението. Времето за плавно изключване се влияе от капацитета на гейта и напрежението на изходната мощност, докато правилното третиране на байпасните кондензатори и терминалите в режим на готовност може да избегне повреда. Защитата на клемата DESAT от пика на напрежението при превключване на IGBT може да се постигне чрез добавяне на ценеров диод или диод на Шотки между клемите DESAT и VE. В случай на недостатъчен ток на задвижване на затвора, може да се добави буферен транзистор. Оформянето на формата на вълната на светодиоден сигнал е особено важно, когато разстоянието между SGD съединителя и процесора е голямо и формата на вълната на входния сигнал може да бъде оформена чрез използване на хистерезис буфер. И накрая, издърпващият резистор RF на сигнала за повреда от главната страна е необходим за изхода на сигнала за повреда.

4. Ключови съображения относно дизайна

Когато проектирате SGD съединител, ключовите фактори, които трябва да се вземат предвид, включват съпротивление на порта, отделяне на задвижващата верига от захранващото устройство, диод на веригата за зареждане и съпротивление на порта-емитер. Тези фактори заедно влияят на забавянето на разпространението, което има максимална стойност между 150ns и 250ns.