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一種專為IGBT和MOSFET設(shè)計的驅(qū)動器
摘要：介紹了一種專為IGBT和功率MOSFET設(shè)計的電力電子驅(qū)動器件——SCALE集成驅(qū)動器的性能特點和內(nèi)部結(jié)構(gòu) ，給出了SCALE集成驅(qū)動器在中頻臭氧發(fā)生器電源中的應(yīng)用電路。電力電子器件的驅(qū)動電路是電力電子主電路與控制電路之間的接口，
是電力電子裝置的重要環(huán)節(jié)，對整個裝置的性能有很大的影響。采用性能良好的驅(qū)動電路可使電力電子器件工作在比較理想的開關(guān)狀態(tài)，同時可縮短開關(guān)時間，減少開關(guān)損耗，這對裝置的運行效率、可靠性和安全性都有重要的意義。
驅(qū)動電路的常用形式是由分立元件構(gòu)成的驅(qū)動電路，但目前的趨勢是采用專用的集成驅(qū)動電路。ＳＣＡＬＥ集成驅(qū)動器就是由瑞士ＣＯＮＣＥＰＴ公司生產(chǎn)的、專為ＩＧＢＴ和電力ＭＯＳＦＥＴ提供驅(qū)動的電路。它具有多功能、低成本、易使用、可靠性好等特點。根據(jù)實際應(yīng)用中對驅(qū)動性能、驅(qū)動輸出通道數(shù)目、隔離等不同要求，ＳＣＡＬＥ集成驅(qū)動器具有相應(yīng)的不同型號?因而可滿足不同的需求。
由于各種不同型號的ＳＣＡＬＥ集成驅(qū)動器在功能、結(jié)構(gòu)和使用方法上大同小異，故本文不針對某種具體型號的ＳＣＡＬＥ器件作敘述，而是對整個系列的ＳＣＡＬＥ器件的共性進行論述，以便使讀者對ＳＣＡＬＥ器件有一個整體的認識，在應(yīng)用時再根據(jù)具體的需要選擇具體型號的ＳＣＡＬＥ芯片。本文首先介紹ＳＣＡＬＥ集成驅(qū)動器的性能特點和內(nèi)部結(jié)構(gòu)；然后介紹它在中頻ＤＢＤ型臭氧發(fā)生器電源中的應(yīng)用，并給出了實驗波形。
１ ＳＣＡＬＥ的性能特點及內(nèi)部結(jié)構(gòu)
１．１ ＳＣＡＬＥ驅(qū)動器的性能特點
ＳＣＡＬＥ器件提供的驅(qū)動電流可達１８Ａ，輸出驅(qū)動信號的導(dǎo)通電平為＋１５Ｖ，關(guān)斷電平為－１５Ｖ；開關(guān)頻率范圍為０～１００ｋＨｚ；具有５００Ｖ～１０ｋＶ的電氣隔離特性；占空比為０～１００％。同時,這種器件內(nèi)部還帶有短路和過流保護電路、隔離的狀態(tài)識別電路、電源檢測電路和ＤＣ／ＤＣ開關(guān)電源。
１．２ ＳＣＡＬＥ驅(qū)動器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)
ＳＣＡＬＥ器件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖１所示（兩通道）。
由圖可見?驅(qū)動器由三個功能單元組成。
第一個功能單元是邏輯與驅(qū)動電路接口（ＬＤＩ），用于驅(qū)動兩個通道。當(dāng)加在輸入端ＩｎＡ和ＩｎＢ的ＰＷＭ信號經(jīng)過處理后，其驅(qū)動信息被分別送到每個驅(qū)動通道的脈沖變壓器。由于變壓器不易傳輸頻率范圍和占空比都比較寬的ＰＷＭ信號，因此，ＬＤＩ主要用來解決這個問題。ＬＤＩ的主要功能如下：
（１） 為用戶提供一個簡單的接口。它的兩個信號輸入端都有施密特觸發(fā)電路；
（２） 提供簡單的邏輯電源接口；
（３） 在半橋方式中產(chǎn)生死區(qū)時間；
（４） 對ＰＷＭ信號進行編碼，以便通過脈沖變壓器傳輸；
（５） 評估脈碼狀態(tài)識別信號及隨后的緩沖，以便為用戶提供一個準靜態(tài)的識別信號。
ＳＣＡＬＥ驅(qū)動器可與任何邏輯接口和電平兼容，無須附加其它電路。脈沖變壓器負責(zé)驅(qū)動信號的隔離，同時可將來自每個通道的信息反饋給ＬＤＩ。
第二個功能單元是智能門極驅(qū)動器（ＩＧＤ）。對應(yīng)于每個驅(qū)動通道都有一個ＩＧＤ。其主要功能如下：
（１）接受來自脈沖變壓器的脈碼信號，并將其復(fù)原成ＰＷＭ信號；
（２）對ＰＷＭ信號進行放大，并驅(qū)動功率管；
（３）對功率器件進行短路及過流保護；
（４）欠壓監(jiān)測；
（５）產(chǎn)生響應(yīng)和關(guān)斷時間；
（６）傳輸狀態(tài)識別信號給ＬＤＩ。
第三個功能單元是集成ＤＣ／ＤＣ電源。所有標準的ＳＣＡＬＥ驅(qū)動器都有一個ＤＣ／ＤＣ變換器，以便為各個驅(qū)動通道提供工作電源。因此，該驅(qū)動器只需一個穩(wěn)定的１５Ｖ直流電源。
２ ＳＣＡＬＥ驅(qū)動器的應(yīng)用
ＳＣＡＬＥ集成驅(qū)動器是專為ＩＧＢＴ和電力ＭＯＳＴＥＴ而設(shè)計的驅(qū)動器，可應(yīng)用于多種電力電子裝置或設(shè)備。在應(yīng)用ＳＣＡＬＥ驅(qū)動器時，應(yīng)首先考慮以下三個問題：第一是工作方式的選擇；第二是驅(qū)動器工作電平和門限電阻Ｒｔｈ的確定；第三是故障狀態(tài)信號與控制電路的接口。
２．１ 工作方式的選擇
ＳＣＡＬＥ驅(qū)動器有兩種工作方式：直接和半橋方式。直接方式的連線圖如圖２所示。該方式下，ＭＯＤ輸入端接ＶＣＣ，ＲＣ１和ＲＣ２接地，ＰＷＭ信號同時接ＩＮＡ和ＩＮＢ， ＳＯ１和ＳＯ２引出兩個狀態(tài)反饋信號。
當(dāng)驅(qū)動器工作在直接方式時，驅(qū)動器的驅(qū)動通道之間沒有聯(lián)系，兩個通道總是同時被驅(qū)動。死區(qū)時間由控制電路確定。半橋方式的連線圖如圖３所示。在該方式下，ＭＯＤ輸入端接地，ＩＮＡ輸入ＰＷＭ信號，ＩＮＢ輸入使能信號。由于兩個狀態(tài)輸出端ＳＯ１和ＳＯ２接在一起，所以兩個驅(qū)動通道輸出同一故障信號。死區(qū)時間由ＲＣ１和ＲＣ２的外接電路來確定。
２．２ 邏輯電平的確定及Ｒｔｈ的計算
該邏輯電平可由驅(qū)動器的ＶＬ／Ｒｅｓｅｔ輸入端來確定。ＶＬ／Ｒｅｓｅｔ端的電壓值決定了輸入ＩｎＡ和ＩｎＢ施密特觸發(fā)器的觸發(fā)上限電平為２ＶＬ／３，下限觸發(fā)電平為ＶＬ／３。由于輸入端ＩｎＡ、ＩｎＢ具有施密特觸發(fā)特性，所以ＳＣＡＬＥ驅(qū)動器能處理５～１５Ｖ之間的任何邏輯電平，也就是說：控制電路與ＳＣＡＬＥ驅(qū)動器之間可以不附加其它電路。圖２和圖３分別給出了ＴＴＬ電平和１５Ｖ電平時，ＶＬ／Ｒｅｓｅｔ
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