導(dǎo)語：MOSFET驅(qū)動器設(shè)計管理論文一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

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。

關(guān)鍵詞：驅(qū)動電路；IGBT；功率MOSFET；中頻電源；臭氧發(fā)生器

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(jìn)行論述，以便使讀者對SCALE器件有一個整體的認(rèn)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。

1SCALE的性能特點及內(nèi)部結(jié)構(gòu)

1．1SCALE驅(qū)動器的性能特點

SCALE器件提供的驅(qū)動電流可達(dá)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(hù)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。

1．2SCALE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(jìn)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(zhǔn)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(fù)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(jìn)行放大，并驅(qū)動功率管；

（3）對功率器件進(jìn)行短路及過流保護(hù)；

（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(biāo)準(zhǔn)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。

2SCALE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端的連線圖。

圖5SCALE驅(qū)動接線圖（半橋方式）

電阻Rth的作用是用來定義當(dāng)功率管導(dǎo)通時的最大管壓降，它和其它元件一起構(gòu)成了Vce監(jiān)測電路。當(dāng)功率管導(dǎo)通時的管壓降大于由Rth定義的最大管壓降時，Vce監(jiān)測電路便輸出故障報警信號，并關(guān)斷功率管。Rth的計算公式為：

Rth＝Vth／150μA。

式中，Vth為關(guān)斷閾值電壓，150μA為驅(qū)動器內(nèi)置電流源。

2．3故障狀態(tài)輸出

狀態(tài)輸出采用的是集電極開路形式，以便與其它邏輯電平匹配。輸出時須接上拉電阻。當(dāng)電源電壓低于10V時IGD執(zhí)行欠壓保護(hù)功能輸出負(fù)門極電壓可關(guān)斷功率管并輸出故障報告；當(dāng)Vce監(jiān)測電路檢測到短路或過電流時，IGD執(zhí)行短路或過流保護(hù)功能，此時關(guān)斷功率管的輸出為故障報告信號。SCALE器件在檢測到電路故障時，其封鎖時間為1s左右。驅(qū)動器一旦被檢測到有故障，輸出晶體管將被拉低，而在正常情況下，晶體管輸出高電平。

3在中頻DBD型臭氧發(fā)生器中的應(yīng)用

圖4所示是一個中頻DBD型臭氧發(fā)生器電源系統(tǒng)的原理框圖。圖中，整個電源系統(tǒng)可分為主電路、控制電路和驅(qū)動電路，主電路包括整流電路和逆變電路；控制電路主要包括PWM控制電路、晶閘管智能模塊觸發(fā)控制電路、保護(hù)電路和軟啟動電路。其中整流電路采用三相全控整流電路，逆變電路則采用全橋結(jié)構(gòu)。驅(qū)動電路采用SCALE集成驅(qū)動器，型號為2SD315A，采用的工作方式為半橋工作方式，接線圖如圖5所示。圖中只給出一塊驅(qū)動器的接線圖，另一塊可用相同的方法連接。

2SD315A具有兩個驅(qū)動通道，因而此系統(tǒng)需要兩個2SD315A集成驅(qū)動器，一個SCALE驅(qū)動器可驅(qū)動同一橋臂的上下兩功率管，工作波形如圖6所示。PWM控制電路采用SG3525集成芯片。SG3525產(chǎn)生的PWM波形經(jīng)SCALE驅(qū)動器后可輸出G1和G2門極驅(qū)動信號。圖中G1和G2分別為同一橋臂上下管的門極驅(qū)動信號，它們之間有死區(qū)時間。另一橋臂上下兩管的驅(qū)動信號在時序關(guān)系上與G1、G2相同。全橋逆變器的功率管采用IGBT，在工作時，全橋結(jié)構(gòu)中的斜對管將同時導(dǎo)通或關(guān)斷。另外，由于SCALE集成驅(qū)動器能處理5～15V之間的任何邏輯電平，故可使驅(qū)動電路與控制電路的接口得到簡化，同時SG3525芯片與2SD315A間也無需電平轉(zhuǎn)換電路。

4結(jié)束語

實踐證明，在中頻DBD型臭氧發(fā)生器電源中，驅(qū)動電路采用SCALE集成驅(qū)動器后，驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)變得更為簡單、功能更加強(qiáng)大、可靠性更高。與IPM相比，SCALE驅(qū)動器只需極少的外圍電路，但能提供更靈活的開關(guān)特性，而且還可以靈活的選擇Vce檢測電路。可以預(yù)見：SCALE驅(qū)動器將以其優(yōu)良的性能在電力電子裝置中得到廣泛的應(yīng)用。