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    TX-DA102D 系列超大功率IGBT驅動板

    目錄
      1、產品特點及應用概述
      2、驅動特性參數
      3、DC/DC輔助電源電性能參數
      4、工作條件參數
      5、過流保護參數及說明
      6、產品結構框圖
      7、產品外型圖
      8、元器件位置示意圖
      9、輸入輸出接口和部分接插件的說明
      10、參數設置說明
      11、典型應用連接圖
      12、報警信號輸出說明
      13、特別提醒

    產品特點

    • 超大功率IGBT驅動板,每路輸出20A驅動電流,可驅動高達2000A/1700V的IGBT模塊,有一、二、四、六、七單元多種版本可選
    • 三段式完善的過電流保護功能(三段式過流保護:檢測到過流信號后先降柵壓,再延遲判斷,確實短路時實行軟關斷,并封鎖輸入信號以執行一個完整的保護周期,未短路則恢復輸出,避免干擾信號造成頻繁啟動)
    • IGBT的柵極充電和放電速度可分別調節
    • 專門設計的輸出插座,可支持單只IGBT或并聯IGBT
    • 即插即用設置簡單,一般只需設定IGBT的短路閾值電阻Rn,并調整柵極電阻Rg,其余驅動保護參數均可使用缺省值
    • IGBT驅動保護報警輸出與其它部分電隔離,用戶可靈活處置,每路單獨故障指示燈
    • 每單元自帶獨立的DC/DC輔助電源,各單元互不干擾
    • 輸入電源15V(可定制12-20V、20-30V、12-50V寬范圍版本),板載正負極性保護。
    • 支持多種輸入信號電平
    • 統一的輸出使能端控制

    應用

    • 逆變器、不間斷電源、變頻器、電焊機、伺服系統等

    驅動特性(除另有指定外,均為在以下條件時測得:Ta=25℃,Vp=15V,Fop=50KHz,模擬負載電容CL=220nF)

    參數

    符號

    測試條件

    最小值

    典型值

    最大值

    單位

    輸入脈沖信號幅值

    Vpwm

    用戶調節,典型值為缺省值

    3.3

    15

    V
    輸入脈沖電流幅值

    Ipwm

    9

    10

    12
    mA

    輸出電壓

    Voh

    14.5

    V

    Vol

    -8.5

    V

    輸出電流

    IOHP

    Fop=20KHz
    Ton=2μS

     

    20

     
    A

    IOLP

     

    -20

     
    A
    柵極電阻 Rg  
    0.5
       
    Ω

    輸出總電荷

    Qout

    參見本表下的圖線  

    20

     

    uC

    工作頻率

    Fop

    參見本表下的圖線

    0

     

    100

    KHz

    占空比 δ  
    0
     
    100
    最小工作脈寬 Tonmin CL=100nF  
    0.5
     
    μS

    上升延遲

    Trd

       

    0.5

     

    μS

    下降延遲

    Tfd

     

    0.6

     

    μS

    上升時間

    Tr

    Rg=1Ω,CL=220nF  

    0.6

    μS

    下降時間

    Tf

     

    0.6

    μS

    輸出使能端電平   高電平使能 (1-6mA)
    4.5
    18
    V
      低電平禁止
    0.4
    絕緣電壓 VISO 輸入信號與驅動輸出間,50Hz/1 min  
    3500
     

    Vrms

    共模瞬態抑制 CMR    
    30
     
    KV/μS

    DC/DC輔助電源電性能參數(除另有指定外,均為在以下條件時測得:Ta=25℃,Vp=15V)

    參 數

    符號

    測 試 條 件

    最小值

    典型值

    最大值

    單位

    輸入電壓(1) Vp  
    14.4
    15
    15.6
    V
    電源輸入電流(2) Ip 空載,每路
    0.1
    A
    每路  
    0.6

    輸出電壓

    Vo  
    24.5
    V
    輸出功率 Po 每路  
    5
    6
    W
    效率 η    
    75
     

    1. 輸入電壓也可以定制12-20V、20-30V、12-50V寬范圍版本。
    2. 輸入電流與負載情況有關,當以20KHz的頻率驅動一只800A/1200V的IGBT(如SKM800GA126D)時,大致需要電0.2A。同樣頻率驅動1只1600A/1200V(如FZ1600K12KE3)時,大致需要電流0.6A。
    3. 上電啟動時輸入電源提供的功率需要加倍,否則可能無法正常啟動。如果上電啟動時使能端保持低電平,可不需額外功率。

    工作條件

    環境溫度

    符號

    測 試 條 件

    最小值

    典型值

    最大值

    單位

    工作溫度 Top  
    -30
    70
    存儲溫度 Tst  
    -40
    120

    短路保護性能(除另有指定外,均為在以下條件時測得:Ta=25℃,Vp=24V,Fop=50KHz,模擬負載電容CL=220nF)

    參數

    符號

    測試條件

    最小值

    典型值

    最大值

    單位

    保護動作閾值(1)

    Vn 用戶設置,典型值為缺省值
     

    6

     

    V

    保護盲區(2) Tblind 最小值為缺省值
    2.2
     
     
    μS
    初始柵壓降落 Vdrop    
    5
     
    V
    延遲判斷時間(3) Tdelay 最小值為缺省值
    2
     
    μS
    軟關斷時間(4) Tsoft 最小值為缺省值
    5.5
     
    μS
    故障后再啟動時間(5) Trst 典型值為缺省值  
    1.2
     
    mS
    故障信號報警耐壓 Vfs 報警輸出與PWM輸入間,DC    
    40
    V
    報警信號延遲 Tflt    
    3
     
    μS

    報警信號允許電流

    Iflt    
    8
    10
    mA

    1. 保護動作閾值(Vn):觸發過流保護動作時IGBT集電極和發射極間的電壓。接上電阻Rn(Rp)可以降低(提高)過流保護的閾值。

    2. 保護盲區(Tblind):檢測到IGBT集電極的電位高于保護動作閾值后到開始降柵壓的時間。因為各種尖峰干擾的存在,為避免頻繁的保護影響開關電源的正常工作,設立盲區是很有必要的。

    3. 延遲判斷時間(Tdelay):初始柵壓開始降低Vdrop到驅動器開始軟關斷IGBT之間的時間。在Tdelay時間內,如果過流信號消失,則驅動器認為這種過流不屬于真正的短路,無需中斷電源的正常工作,從而恢復原來的驅動電平。如果過流信號繼續存在,則將進入軟關斷的進程。

    4. 軟關斷時間(Tsoft):驅動脈沖電壓從Voh-Vdrop降到0電平的時間。
    軟關斷開始后,驅動器封鎖輸入PWM信號,即使PWM信號變成低電平,也不會立即將輸出拉到正常的負電平,而要將軟關斷斷過程進行到底。軟關斷開始的時刻,驅動板輸出報警信號,傳送給用戶主控板。

    5. 故障后再啟動時間(Trst):短路故障發生后,驅動器軟關斷IGBT,如果控制電路沒有采取動作,則驅動器再次輸出驅動脈沖的間隔時間。

    過流保護曲線:

    曲線說明:
    過流信號指的是驅動器內部輸入到過流檢測單元的信號,并不完全等同于實際的短路信號。圖中第二個短路信號以及相應的輸出波形是生產廠家在測試時給出的。如果實際的短路情況如第二個過流信號,則軟關斷后IGBT較高的集電極電位仍被視為過流信號,因此驅動器將軟關斷進行到底,并在"故障后再啟動時間Trst"后恢復輸出。

    結構框圖

    外形圖
        


    元器件位置示意圖:
    一單元IGBT驅動板DA102D1
    (49.8x106.6mm ,安裝孔距41.7x90mm。安裝時注意在板的下部留有10mm以上的通風間隙)

    二單元IGBT驅動板DA102D2( 78.4x110.9mm ,安裝孔距71.2x104mm。安裝時注意在板的下部留有10mm以上的通風間隙)

    四單元IGBT驅動板DA102D4(148.7x111.1mm ,安裝孔距141.6x104mm。安裝時注意在板的下部留有10mm以上的通風間隙)

    六單元IGBT驅動板DA102D6 (219.6x111.1mm ,安裝孔距212.5x104mm。安裝時注意在板的下部留有10mm以上的通風間隙)點擊放大

     

    1單元 主要元器件位置示意圖(點擊放大


    輸入輸出接口和部分接插件的說明:

    1. 紅色的元器件是直接與用戶應用有關的。

    2. Js,與主控制板的連接插座,使用16、20、24線壓接排線,雙線并聯連接,使用方便可靠。但要注意,這里的線號定義與原排線不同。
    . 1腳是驅動報警光耦中光電三極管的發射極,2腳是該管的集電極。正常工作時光電三極管不通,故障報警時導通。1、2腳與其它各腳間是電隔離的,用戶也可將此信號傳送到與輸入信號不共地的電路中,但這2部分間的電位差不宜超過40V。
    . 3腳是輸入信號使能端ENA。3腳接高電平時,可以傳送輸入信號;低電平時封鎖輸入信號。這里電平是相對于4腳GND的。上電啟動時ENA保持低電平,可以降低對輸入電源的要求。
    . 4腳是n路輸入信號的公共地端GND。
    . 5-11腳依次是7個輸入信號Vi1、Vi2、Vi3、Vi4、Vi5、Vi6、Vi7。輸入高電平時IGBT導通。

    3. Jp,驅動板內置n路DC/DC電源的輸入電源插座,1腳接正,2腳接負。Jp上并有反向保護二極管,電源極性接反不會燒毀驅動,但會將輸入電源短路,需要注意。

    4. Jo1-Jo7分別為7路驅動的輸出端插座。2腳接柵極,3腳接發射極,5腳接集電極。如果要驅動并聯的2只IGBT,可用1、2腳各驅動1只,同時按照下面參數設置說明7的要求連接柵極電阻。

    5. Red是紅色故障指示燈,燈亮時表示該路已經啟動保護程序。

    6. Ri、Rn、Cb、Cd、Cs、Cr和Rg等參見參數設置部分。

    參數設置說明(除Rg外,參數設置元件最好用貼片的,焊在背面)

    1. 驅動信號電流需要 10mA ,輸入電阻 Rii 按下式確定: Rii=(Vpwm-Vm)/10mA,Vpwm 是輸入 PWM 脈沖的正幅值, Vm=1.6V 是驅動片輸入端的正向壓降, Rii=Ri//Rh , Ri 和 Rh 是驅動板上的 2 個并聯電阻,位于驅動板的背面,如 1 單元器件位置圖中所示。
    出廠時只焊有輸入電阻 Rh=1K2 ,適用于用戶 15V 控制板的情況。當用戶 12V 主控板系統時,需要另接并聯電阻 Ri = 3K3 ;當用戶控制系統是 5V 或 3.3V 時,因不同型號和品牌的控制器的輸出能力略有差異,需要根據其實際的輸出脈沖幅度確定 Ri 的數值。一般 5V 系統時, Ri = 270 - 430Ω ; 3.3V 系統時, Ri = 100 - 180Ω 。 Ri 的封裝 1206 或 0805 。如用戶控制系統電壓高于 15V ,則需將 Rh 換更大的電阻,滿足輸入電流 10mA 的要求。
    2. 閾值電壓Vn可由電阻Rn設定,關系大致是Rn/Vn(KΩ/V)=∞/6.0,220/5.5,100/4.9,68/4.5,47/4.1,36/3.6,27/3.2,22/2.8,18/2.4,15/2.1。如果IGBT導通壓降較大,則需要通過Rp提高閾值Vn,關系大致是Rp/Vn(KΩ/V)=∞/6.0,220/6.5,100/7.1,68/7.5,47/7.9,36/8.4。
    3. 盲區Tblind可由電容Cblind(圖中Cb)設定,關系為CCblind/Tblind(pF/μS)=0/2.2,47/4.5,100/6.8。一般無需設置。
    4. 延遲判斷時間Tdelay可由電容Cdelay(圖中Cd)設置,關系為Cdelay/Tdelay(pF/μS)=0/2.1,47/3.7,100/5.4。一般無需設置。
    5. 軟關斷時間Tsoft可由電容Csoft(圖中Cs)設置,關系為Csoft/Tsoft(nF/μS)=0/5.5,2.2/7,4,7/8.3。一般無需設置。
    6. 故障后重新啟動時間Trst可由電容Creset(圖中Cr)設置,關系為Creset/Trst(nF/mS)=0/1.15,1/2.3,2/3.45,基本線性關系。橋式電路中此功能沒有實際意義,更無需設置。
    7. 每通道有4個柵極驅動電阻Rg:Rg+、Rg-、Ro+、Ro-,出廠時是完全并聯的。預焊的一個3.9Ω/2W是為廠家測試、老化用的,用戶應根據自己的情況換接合適的電阻,一般可用4只2W的金屬膜電阻,如RYG2型2W電阻,并聯后的總電阻值不能小于0.5Ω。
    注意:出廠時四只Rg是完全并聯的,如果用戶需要分別控制充電和放電的速度,可將驅動板上Rg+和Rg-并聯的短路線1割斷,短路線位于電路板背面,如上面1單元器件位置圖中的左邊紅線1所示,約1mm寬。
    如果用戶每單元要驅動并聯的2只IGBT,可以將Ro-和Rg-的并聯短路線2割斷,短路線位于電路板背面,如上面1單元器件位置圖中的右邊紅線2所示,約1mm寬。

    應用連接(一路示意圖)點擊放大

    1. 1-4單元驅動板,信號插座Js是16排線座;6單元是20排線座;7單元是24排線座。
    2. 驅動板內部在柵射驅動輸出已接有10K電阻,這里的100K電阻應接在IGBT管子柵射兩極根部,防止驅動連線斷開時、偶然加主電高壓,通過米勒電容燒毀IGBT。

    報警信號輸出說明

    光耦是驅動板上的元件,C、E是信號插座Js的2、1腳;Vcc和GND是用戶主控板的電源端。用戶可以選擇2種報警電平。R1=Vcc/2mA。

    特別提醒:

    1. 用戶如要測試輸出波形,請參閱IGBT驅動器正常輸出波形的測試。
    2. 輸出插座Jo到IGBT柵極和發射極的引線要短一些,并使用絞線,以減小寄生電感,但集電極的反饋連線不要絞在一起。
    3. 謹防柵極和發射極輸出短路,短路時間超過幾秒,可能損壞板上器件。
    4. 盡量減小雜散電感,并設置良好的IGBT過壓吸收回路,避免尖峰電壓擊穿IGBT。

    5. 如果輸入電源接反,電源插座上并聯的二極管將短路外部輸入電源,做實驗時請注意。
    6. 本公司的IGBT驅動板產品出廠前100%經過嚴格老化測試。因為老化負載較重,可能在線路板輸出電阻處的銅箔表面顏色會略有改變,但對產品性能及質量沒有任何影響,請放心使用。


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