应用在对驱动要求较高的MOS及IGBT驱动中.
2. 产品特点
* 单管大功率MOS或IGBT模块驱动器.
* 驱动延时极快:典型开启延时≤200ns,关闭延时≤120ns.甚至优于非隔离专用芯片.
* 上升下降沿高达50ns
* 工作占空比0-100%.
* 对输入信号功率无要求.
* 内置缓冲结构,对驱动上升沿没有要求.
* 静态耗电低.
* 输出供电电源与信号电源独立.
* 具有关断脚,可以在50ns内快速关断.
3. 产品系列
JD10:基本型
JD100:外供电型
JD105:逻辑输入型
4. 原理框图
5. 引脚定义
(1)输入功率电源正
(2)输入功率电源地
(3)VDD 输入信号电源正,信号电源.
(4)DR 输入脉冲信号,信号开关量输入.
(5)GND 输入信号地,信号地.
(13)VD 输出信号正电源
(14)COM 输出地,输出信号地
(15)DRU 输出上管,驱动上管,Ton开关管
(16)DRD 输出下管,驱动下管,Toff开关管
(17)SD 关闭信号,关闭输入信号,上拉电阻1K
(18)VDRET 输出信号,负电源
(19)DRA 输出辅管驱动,辅管延迟关闭信号输出,oc输出.
6. 应用说明
此驱动器为新一代驱动器,具有与以往驱动器不一样的理解.
6.1. 对MOSFET和IGBT驱动器的认识
MOSFET和IGBT都为电压型驱动,驱动器好坏关键在于在最短时间内提供栅极所需的电荷.
所需的驱动电荷在实际应用中是一个变化值.器件开关电流,Vce电压,工作温度,实际线路布局都会影响到驱动电荷.有的资料并未给出栅极电荷,厂家给出的栅极驱动电荷是在一定测试条件下测得,与实际使用有出入.
尽管在开关过程中起决定作用的是电荷,但从驱动能量角度,估算一个驱动功率,以及栅极电容是有必要的.
由厂家资料:
Cgc=Crss
Cge=Ciss-Crss
由于实际应用Vce>>25V,因此厂家给出的电容值参考意义不大.按照电容值计算输出功率与实际相差很大.用驱动电荷计算.
BSM300GB120D在300A,600V是栅极所需电荷3200nC.折算成电容时为107n.
开通能量:
对开关频率50K,栅极电压-5V-15V的条件:
Po=0.5*0.05*0.107*20^2=1.07W
6.2. 了解输出功率的意义
JD10系列驱动器功能特殊,输出阻抗很小(设计阻抗<0.1Ω),输出瞬态电流最大可达20A.由于本身独特的特性,瞬态短路不会烧毁驱动器(不同于市面上驱动器,电流受限),只受本身耗散功率限制.
JD10属于高速驱动器,虽然它不怕瞬态短路,但输出开关管耗散功率却不大,只有0.2W左右(全温范围,长期工作).因此有最小Rg限制.需要计算耗散功率.
见6.1节,如果输出能量为1.07W,在关闭时必须消耗掉,应按2.14W考虑耗散能量.因此:
Rg/Rd=Po/Pd-1=2.14/0.2-1=9.7,Rgmin=9.7*0.1=0.97Ω.
需选择Rg>0.97Ω,而耗散功率2W以上的电阻.此条件很好满足,由于多数模块内部自建电阻都大于此值(BSM300GB120D内建电阻1.0Ω),因此只要引线电感不会造成振荡及过压,JD10系列驱动器几乎可以直接驱动任何IGBT.
* 以上计算受到工作条件限制,具体工作状况以实际使用为准.
6.3. 输入结构
JD10系列驱动器具有CMOS缓冲结构,与CMOS兼容.对边沿及驱动功率没有要求,只要满足Von>2/3VDD ,Voff<1/3VDD即可.
具有独立的信号电源及驱动电源.
6.4. 输出结构
见图4,JD10输出结构.由于充分考虑到使用要求,JD10输出结构具有很大的灵活性.
6.4.1. 输出电源
如果输入电源稳定性足够,不需要增加输出电容提高驱动电源稳定性.
外接电源可以提高驱动电压的稳定性,如图4.JD10系列由于驱动电源相对独立,因而使外接电源非常容易.
JD100驱动是一款需要外接驱动电源的驱动器.由于省去了驱动电源,成本及体积都可以减小.
6.4.2. 开关使用不同栅极电阻.
开通、关闭使用不同栅极电阻(图5)可以优化驱动,并降低JD10驱动的功耗.减小输出寄生震荡.
8.4.3. 输出辅管应用
JD10驱动具有很广的扩展能力,辅管的使用可以大大简化IGBT的使用,显著降低IGBT关闭损耗.
IGBT与MOSFET并联结构,既提高了输出功率,又改善了关闭损耗.
辅助开关管具有峰值1A的输出电流能力,关闭时晶体管延时1.5us导通,以使IGBT载流子复合.然后快速关闭MOSFET.
8.4.4. 关闭脚应用
在选择IGBT过程中,实际应用电流都是小于IGBT额定值的.当过电流值小于2倍额定电流值时,可采用瞬时封锁栅极电压的方法来实现保护.能够瞬时关闭IGBT的驱动电路并不多.由于JD10具有超强的电流输出能力.更有如下优化:
* 拉电流能力>20A
* 优于大多数集成驱动芯片的延时能力,尤其对关闭脚输出进行了优化,延时50nS(典型值).
因此,可以在过流产生的瞬间关闭IGBT.
典型应用见图8.
8.4.4. 其它
JD10从功能上看适合驱动大功率MOSFET及IGBT,由于没有常见的3段式过流保护,更适用于大功率高频功率变换.
作为负载开关使用时,需要限制电流上升率.只要在快速保护瞬间,电流不超过IGBT额定值的2倍.由于JD10关闭反映很快,最大电流条件一般可以满足.电流限制后, dv/dt增高也就不明显.一般在输出上都有电压上冲的限制,因而不会造成IGBT损坏.
利用现有输出引脚,及JD10优异的输出能力,可以扩展IGBT驱动及保护功能.包括3段式保护及外接更大功率的驱动等.
具体可以参考其它有关资料.
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