IGBT智能化驱动板SCALE

摘要：SCALE驱动是瑞士Concept公司生产的IGBT 智能化驱动板，可用于驱动和保护IGBT。文中介绍了该IGBT智能化驱动板的主要功能、工作模式和引脚功能，给出该器件的典型应用电路。

１　概述

由于ＩＧＢＴ（绝缘栅双极性晶体管）是一种电压控制型功率器件，它所需驱动功率小，控制电路简单，导通压降低，且具有较大的安全工作区和短路承受能力。因此，目前ＩＧＢＴ已在中功率以上的电力电子系统中（如变频器、ＵＰＳ电源、高频焊机等）逐渐取代了ＰＯＷＥＲＭＯＳＦＥＴ及ＰＯＷＥＲＢＪＴ而成为功率开关元件市场中的重要一员。然而?如何有效地驱动并保护ＩＧＢＴ则成为目前电力电子领域中的重要研究课题之一。一个具有保护功能的驱动电路不但能在正常工作状态下给ＩＧＢＴ提供所需的驱动功率，在异常工作状态下能起保护ＩＧＢＴ的作用，而且应当能使电力电子系统中的ＩＧＢＴ有很好的替换特性。因此?高性能的驱动电路是提高电子产品品质和可靠性，从而增强其竞争力的关键之一。本文介绍一种高性能、智能化的ＩＧＢＴ驱动板ＳＣＡＬＥ。

图1

２　功能介绍

ＳＣＡＬＥ驱动板系列是瑞士Ｃｏｎｃｅｐｔ公司生产的，Ｃｏｎｃｅｐｔ公司是专业生产ＩＧＢＴ驱动电路的公司，主要为西门子／ＥＵＰＥＣ高压大电流ＩＧＢＴ模块配套。该ＳＣＡＬＥ驱动板采用ＡＳＩＣ设计，仅用１５Ｖ电源驱动，开关频率可大于１００ｋＨｚ，且具有高可靠和长寿命特性，可驱动１７００Ｖ、１２００Ａ的ＩＧＢＴ。１９９８年度赢得ＡＢＢ优秀电力电子项目称号，其主要型号和驱动能力如表１所列。

表1 SCALE的主要型号和驱动能力

2SD106AI	可驱动两单元	400A	1200V
2SD106AI-17	可驱动两单元	400A	1700V
2SD315AI	可驱动两单元	1200A	1700V
2SD106EI	可驱动六单元	400A	1200V
2SD106EI-17	可驱动六单元	400A	1700V

２．１ＳＣＡＬＥ的特点

●实用范围宽?可应用在数千瓦至数兆瓦的功率范围及实用的耐压要求范围内，几乎可工作在所有的频率及调制模式，适用于任何厂家的模块。

●体积小巧、结构紧凑、应用灵活，具有直接和半桥模式可供选择。在半桥模式下，可选用所要求的死区时间。

●成本低，具有很高的性能／价格比。除可提供栅极驱动外，还具有检测状况显示及电源隔离等功能，是一种可满足市场所有要求的、最经济实用的驱动板。

●使用简便。该驱动板的电接口非常简单，可处理５～１５Ｖ电平的标准逻辑信号。具有施密特触发器输入特性，且对输入信号没有特殊要求。故障传送使用集电极开路输出，可与常用的逻辑电平相兼容。因为驱动板具有所有智能化驱动功能，且驱动信号、状态传送及电源与功率部分完全隔离，所以使用非常简单。在大多数情况下，用智能化ＳＣＡＬＥ驱动板来驱动标准ＩＧＢＴ模块，比使用智能化ＩＧＢＴ模块（ＩＰＭ）更加简便，也更加灵活。

２．２ＳＣＡＬＥ的主要功能

ＳＣＡＬＥ由电子接口ＬＤＩ、智能栅极驱动ＩＧＤ和１５ＶＤＣ／ＤＣ电源组成，其原理方框图如图１所示。由图可见，该驱动板主要有两个功能块。其中功能块＃１为ＬＤＩ（逻辑与驱动之间的接口），每一个ＬＤＩ可驱动两路。加在输入端的ＰＷＭ信号再通过脉冲变压器隔离后，即可输出驱动信号，以驱动ＩＧＢＴ工作。

功能块＃２为ＩＧＤ（智能栅极驱动），该功能块工作时，每路用一个ＩＧＤ从脉冲变压器接收编码脉冲信号，然后解码出原始的ＰＷＭ信号。再经功放，便可给ＩＧＢＴ栅极提供数安培的驱动电流。

（１）电子接口ＬＤＩ００１

因为ＰＷＭ信号的频率和占空比变化较大，所以不能简单地通过变压器传送。为此，ＳＣＡＬＥ配备了ＬＤＩ００１逻辑驱动接口，ＬＤＩ００１的结构如图２所示，它具有以下功能：

●可为用户提供一个简单的接口，两个信号输入端都具有施密特触发器特性；

●与５Ｖ、１５Ｖ的逻辑电平相匹配。

●产生半桥所需的死区时间；

●对ＰＷＭ信号进行编码，以使其可通过脉冲变压器传送；

●识别编码传送的状态通知信号并放大，以为用户提供一个准静态的状态信号。

图2

ＳＣＡＬＥ驱动器可不加任何元件而直接与逻辑电路相连，也可通过较长的电缆相连。这种情况下，为了获得较高的信躁比，应使用１５Ｖ电平。同时应通过外接的ＲＣ网络来获得所要求的死区时间。

（２）驱动块ＩＧＤ００１

ＩＧＤ００１具有所有必需的智能驱动功能，如变压器接口、过载和短路保护、锁定时间逻辑、状态通知、对电源电压和输出级的监测等。

ＩＧＤ驱动块的内部结构框图如图３所示，该驱动块主要用于完成如下功能：

●对从脉冲变压器接收的编码信号进行解码；

●用功放ＰＷＭ信号驱动ＩＧＢＴ；

●监测ＩＧＢＴ的过载和短路；

●监测欠压；

●产生响应时间和锁定时间；

●给控制器（ＬＤＩ００１）发出状态通知信号。

智能驱动块ＩＧＤ００１所有的保护、监测功能（如过流、短路保护和欠压保护）都置于次级。这样，在出现故障时，电路将立即被关闭并锁定。

图3

（３）ＳＣＡＬＥ驱动块的保护功能

ＳＣＡＬＥ的保护主要包括短路和过流以及电源监测。对于短路和过流保护来说，ＳＣＡＬＥ驱动中的每路都有一个Ｖｃｅ监测电路。Ｒｔｈ为关断阈值的参考电阻。在ＩＧＢＴ开通后的一段响应时间内，Ｖｃｅ监测电路不起作用。而当Ｖｃｅ出现故障后，锁定时间功能开始启动，并在锁定时间内使驱动器锁定ＩＧＢＴ，而不再接受输入信号。模块中的各路都具有自己的锁定功能，并均由各路的ＬＧＤ００１实现。一旦Ｖｃｅ超过由Ｒｔｈ设定的阈值，锁定将立即启动。

ＳＣＡＬＥ中的每路都具有一个欠压监测电路。当电源电压降至１０Ｖ或１１Ｖ时，ＩＧＢＴ将执行负压关断并进行故障报警。

３ＳＣＡＬＥ的主要工作模式

３．１直接模式

在直接模式下，各路ＩＧＢＴ将独立地工作。该模式可用于已产生死区时间的ＰＷＭ信号的驱动，也可用于独立工作的各路ＩＧＢＴ。将ＭＯＤ输入与Ｖ相连，ＲＣ１和ＲＣ２接地，即为直接模式。在直接模式下，状态输出ＳＯ１和ＳＯ２分别返回，因此当出现故障时，可以方便地确定故障出现在那一路。

３．２半桥模式

通过与ＲＣ１和ＲＣ２相连的ＲＣ网络可获得数百纳秒的死区时间。当输入端Ｂ为低电平时，两路ＩＧＢＴ都被关断。将ＭＯＤ输入接地即为半桥模式，输入ＩＡ为ＰＷＭ输入，ＩＢ为使能输入。在ＶＬ／Ｒ输入端接上４．７Ｖ齐纳二极管可使输入端ＩＡ和ＩＢ设置在ＴＴＬ电平。由于该模式下的状态输出ＳＯ１和ＳＯ２连接在一起，因此，两路故障为“或”的关系。当ＲＣ网络为１０ｋΩ／１００ｐＦ时，死区时间为５００ｓ。

４　引脚功能

现以ＳＣＡＬＥ中的２ＳＤ３１５Ａ为例，给出该模块的引脚功能，图４给出了２ＳＤ３１５Ａ的引脚分布图。

４．１输入部分引脚功能

ＧＮＤ：电源地；

ＶＤＣ：电源＋１５Ｖ，供ＤＣ／ＤＣ电源使用；

ＶＤＤ：电源＋１５Ｖ，供ＬＤＩ００１使用；

ＶＬ／Ｒ：用来设置输入端ＩｎＡ和ＩｎＢ的施密特触发器的开关阈值。当输入信号为加在ＶＬ／Ｒ端电压的２／３时，开通；为１／３时关断；

ＭＯＤ：模式选择；

ＩＮＡ：信号输入端Ａ；

ＩＮＢ：信号输入端Ｂ；

ＳＯ１：状态输出１；

ＳＯ２：状态输出２；

ＲＣ１：产生＃１路死区时间的ＲＣ网络；

ＲＣ２：产生＃２路死区时间的ＲＣ网络；

ＲＣ端：设置死区时间的ＲＣ网络。

在半桥模式中，将ＲＣ网络与各ＲＣ端相连接可确定对应各路的死区时间。死区时间随温度可能有很小的漂移。所接电阻不允许小于５ｋΩ。ＲＣ网络必须要按图连接，并将电阻与ＶＣＣ连接，电容接地。表２给出了ＲＣ网络与死区时间的对应关系。

表2 RC网络与死区时间

电阻（kΩ）	电容（pF）	死区时间
10	47	200ns
10	100	500ns
15	120	1.1μs
22	150	2.1μs
33	220	4.6μs

４．２输出部分引脚功能

Ｇ端（栅极）:与ＩＧＢＴ栅极相连，并用１５Ｖ驱动。

Ｅ端（发射极）:与ＩＧＢＴ发射极直接相连，且连线应尽可能地短。

Ｃ端（集电极）:用来检测开通时ＩＧＢＴ的电压降，因此?必须直接与ＩＧＢＴ集电极相连。对于１２００Ｖ和１３００Ｖ模块，应用２个或３个１Ｎ４００７二极管来满足１４０％的耐压要求。使用普通高压二极管即可，一般不需用高压快恢复二极管。

Ｒｔｈ端（参考电阻）：通过接在Ｒｔｈ端的参考电阻可确定ＩＧＢＴ的保护关断阈值。Ｅ端的参考电位、参考电阻必须尽可能地靠近ＩＧＢＴ模块。当Ｃ端的电压超过Ｒｔｈ端的电压时，将启动ＩＧＢＴ保护功能。此时电流源将提供１５０μＡ的电流。

参考电阻值可通过下列公式来计算：

Ｒｔｈ＝Ｖｔｈ／１５０μＡ

若Ｖｔｈ为５．８５Ｖ时，Ｒｔｈ应选择３９ｋΩ的电阻。

５结束语

智能化ＩＧＢＴ驱动板ＳＣＡＬＥ具有驱动能力强、可靠性高、具有多种保护功能等特点，它不但能在正常工作状态下给ＩＧＢＴ提供所需的驱动功率；而且可在异常工作状态下保护ＩＧＢＴ，同时还能使电力电子系统中的ＩＧＢＴ有很好的替换特性。因此，使用高性能的驱动电路板ＳＣＡＬＥ是提高电子产品品质和可靠性，从而增强其竞争力的关键之一。

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有什么模块能给电瓶进行智能化充电万分感谢

本菜鸟是打算使用220v对系统进行正常供电在特殊时期用电瓶有什么好的模块能够实现电瓶的智能化充电吗？模块中的输入电压可以是5V、12V、220V，希望模块还能够依据电瓶额定电压大小进行升降压后充电

2016-08-11 15:22:02

浅谈人机交互界面和工业智能化的关系

。总体来讲，人机界面的未来发展趋势是六个现代化：平台嵌入化、品牌民族化、设备智能化、界面时尚化、通讯网络化和节能环保化。　　　　智能工业：是将具有环境感知能力的各类终端、基于泛在技术的计算模式、移动

2014-07-23 07:41:30

盘点10项汽车智能化技术

汽车智能化是一个笼统的概念，而将其按功能性细化后，汽车智能化技术能为司机带来多方面的收益。例如，增加驾车安全性、节省旅途时间并提升汽车燃效、更好的车内娱乐体验等。本文将盘点当前最先进的汽车智能化技术，有了它们，你的汽车就能“马上智能”！

2019-07-03 06:08:36

精量电子位移传感器在智能化控制中的重要性

`精量电子位移传感器在智能化控制中的重要性精量电子位移传感器是一种检测及控制装置，目前比较成熟的产品包括拉线绳位移传感器、磁致伸缩位移传感器、防水防爆型位移传感器、LVDT传感器等，它们自身都具有

2019-10-08 13:56:56

统筹兼备，QNX助跑汽车“智能化”

`统筹兼备，QNX助跑汽车“智能化”所谓的汽车车载系统，通常是指车载监控系统、车载GPS系统、3G车载系统、车载信息系统等等，而作为统筹与指挥这些系统的“大脑”所在，车载操作系统的重要性自然不言而喻

2014-08-19 10:09:46

英飞凌驱动培训及其使用中的问题

ASIC芯片SCALE和SCALE-2技术: 脉冲变压器和DC/DC技术: CONCEPT产品概览- 内置SCALE和SCALE-2芯片集的IGBT门极驱动内核即插即用型内置SCALE

2018-12-14 09:45:02

萌新求助，求一个水泥磨系统智能化控制解决方案

萌新求助，求一个水泥磨系统智能化控制解决方案

2021-10-26 07:04:39

请问怎样去设计一种智能化电机测试系统？

智能化电机测试系统与传统的电机测试系统有何区别？怎样去设计一种智能化电机测试系统？

2021-06-15 08:22:33

请问研祥嵌入式技术在水库信息智能化系统中有哪些应用？

水利行业是一个历史十分悠久的行业，也是信息十分密集的行业。水利部门要向国家和相关行业提供大量的水利信息，如汛情旱情信息、水量水质信息、水环境信息和水工程信息等。水库作为水利系统最基层的工程，其智能化

2019-11-06 08:29:20

贴片机关键智能化精密控制技术

；　　·智能化高速运动精密控制技术；　　·吸取／检测／贴装全过程最优化控制策略；　　·动态误差控制技术：　　·模块化贴片机高速高效最优控制。　　欢迎转载，信息来自维库电子市场网（www.dzsc.com） ??:

2018-09-03 10:06:18

高度智能化物联网网关应该具备哪些能力？

物联网的体系架构详解高度智能化物联网网关应该具备哪些能力？

2021-04-19 10:07:15

#硬声新人计划警用装备智能化管理

智能化智慧办公

凌汉阳发布于 2022-01-15 15:10:47

IGBT智能化驱动电路设计

摘要：IGBT的驱动电路是应用IGBT开关管的关键技术，一个性能好的驱动电路不仅能有效地驱动IGBT，而且能可靠地保护IGBT。本文介绍了一种半桥电路专用的高压大电流IGBT智能化驱动电

2010-05-12 09:58:52

IGBT智能化驱动板SCALE

SCALE驱动是瑞士Concept公司生产的IGBT智能化驱动板，可用于驱动和保护IGBT。文中介绍了该IGBT智能化驱动板的主要功能、工作模式和引脚功能，给出该器件的典型应用电路。

2010-10-16 17:29:31

SCALE驱动器的半桥接线电路

SCALE驱动器的半桥接线电路

2010-02-18 21:55:54

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SCALE驱动器接线电路

SCALE驱动器接线电路

2010-02-18 22:03:14

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SCALE系列集成驱动器的内部结构框电路

SCALE系列集成驱动器的内部结构框电路

2010-02-18 22:30:56

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双路智能大功率IGBT驱动器

双路智能大功率IGBT驱动器

2017-03-04 17:50:19

Power Integrations推出紧凑、高效的SCALE-iDriver? IC产品系列，可支持1700 V IGBT

美国加利福尼亚州圣何塞，2017年5月16日 – 中高压逆变器应用领域IGBT和MOSFET驱动器技术的领导者（纳斯达克股票代号：POWI）今天推出SCALE-iDriver?系列电磁隔离的单通道

2017-05-19 15:45:09

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Vulkan发布SCALE IGBT和MOSFET驱动器支持AN自由混交

Power Integrations这家为中高压变频器应用提供闸极驱动器技术的领导厂商，宣布出厂保形涂层用于其SCALE IGBT和MOSFET驱动器。保形涂层透过保护电子元件免于接触污染物(例如

2018-05-07 08:28:01

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IGBT门极驱动器使用SCALE-2芯片组设计而成

等厂商的新款4500V压接式IGBT (PPI)模块而开发。新的门极驱动器基于Power Integrations广泛使用的SCALE-2芯片组设计而成，非常适合HVDC VSC、STATCOM/FACTS和MVD等高可靠性应用。

2020-03-05 14:27:58

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Power Integrations 的SCALE－2即插即用型门极驱动器简介

SCALE-2单通道+15/-10V即插即用型门极驱动器，新产品专为东芝、Westcode和ABB等厂商的新款4500V压接式IGBT (PPI)模块而开发。新的门极驱动器基于Power

2020-03-08 10:27:07

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为何使用SCALE门极驱动器来驱动SiC MOSFET？

PI的SIC1182K和汽车级SIC118xKQ SCALE-iDriver IC是单通道SiC MOSFET门极驱动器，可提供最大峰值输出门极电流且无需外部推动级。 SCALE-2门极驱动核和其他SCALE-iDriver门极驱动器IC还支持不同SiC架构中的不同电压，允许使用SiC MOSFET进行安全有效的设计。

2020-08-13 15:31:28

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数字 SCALE?-2 的特征

1SP0350V SCALE?-2 单通道即插即用栅极驱动器可靠、安全地驱动 4500 V 压装 IEGT 和 IGBT 以及其他 IEGT 和 IGBT 外形尺寸。它非常适合高压直流输电和铁路行业的高可靠性应用。

2021-06-26 18:15:45

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