这种方法提供了从控制输入到驱动器输出的信号传输的定义低传播时间，并避免了功率级这一重要部分的光耦合器典型老化效应。
　　对于额定集电极电流通常不超过 50A 至 75A 的 1200V IGBT，HVIC 的使用相当普遍，尤其是在智能功率模块 （IPM） 中，而高于该电流水平时，仍然使用基于光耦合器的驱动器级。本文介绍了一种新型 1200V 高压集成电路，该电路M81748FP用于半桥驱动器应用，具有完整的高压侧和低压侧故障保护电路，旨在驱动额定电流高达 150A （200A） 的 IGBT 功率模块。显然，简单地增加输出驱动器级不足以确保安全运行，尤其是在短路情况下。推出的 HVIC （M81748FP） 及其六单元 （6in1） IGBT 模块评估平台用于证明即使在超过 IGBT 规定的限制的情况下，无闩锁的开关作稳健性。
　　1200V HVIC 简史
　　前几代高 dV/dt 和 Vs 下冲免疫 1200V HVIC 通过连接到发射极侧的分流电阻器促进了低侧故障保护。个版本 M81019FP 于 2005 年开发，进一步改进的版本 M81738FP 于 2012 年发布。
　　新型 1200V HVIC （M81748FP） 基于短路 （SC） 条件下 IGBT 的去饱和检测电路，开发具有低侧和高侧故障保护。由于 2 合 1 或 6 合 1 IGBT 模块的高侧部分没有分流电阻器，并且模块的适用电流范围应增加到分流电阻器效率低下的范围，因此需要更改 SC 检测方法。
　　集成低侧和高侧的去饱和检测电路将有助于对 6 合 1（6 件装）模块进行 SC 保护。因此，增加的高侧故障保护功能即使在接地故障条件下也能提供高可靠性运行和高效保护。
　　在 HVIC 上实现高侧 SC 保护功能的技术是实现具有高压电平转换结构的电动浮动高侧岛，在高压区（高压侧）和低压区（低压侧）之间传输信号。
　　利用分体式 RESURF 结构实现了从低侧向高侧传输信号的正向电平转换功能，这是高侧栅极驱动必不可少的，稍后将对此进行解释。片上的结构基于一个电平转换器，该电平转换器由高压 Nch-MOS 和 HVIC 接收高压浮动部分的专用滤波器组成。对于从该高压浮岛返回控制接口电位所需的信息流，通过由高压 Pch-MOS〔2〕和相应的 N （GND） 电位接收电路组成的反向电平转换器结构，实现了将逻辑信号从高侧浮岛向下传输到 N （GND） 电位的新功能。
　　正向和反向电平转换 HVIC

　　图 1 显示了 HVIC 的框图。“HIN”输入信号通过电平转换器传输到输出“HO”，HDESAT 故障信号通过前面引入的反向电平转换器传输到“FO”。

　　M81748FP框图
　　图 1.M81748FP框图

　　新型 HVIC 在其端子“HDESAT”和 L 侧的端子“LDESAT”上分别检测所连接 IGBT 的不饱和。这些端子与内部故障逻辑相连，控制输出端子 HO / LO 以及它们作用于故障输出 （FO）。

　　图 2 显示了 IGBT 的 M81748FP 应用电路。

　　M81748FP应用电路

　　图 2.M81748FP应用电路
　　在这个提议的应用电路中，具有低反向恢复电荷和相应的低反向恢复时间的高压二极管连接在“DESAT”端子（二极管的阳极）和 IGBT 的集电极端子之间。额外的尖峰滤波消隐电容器分别连接在“DESAT”端子和 VS 或 GND 端子之间，以提供抗噪能力。
　　具体来说，该电路的工作原理如下：
　　当高压侧 IGBT 导通时，从相应 DESAT 端子提供的电流通过集电极-发射极路径流向参考电位。DESAT 输入端的电压电平可以认为很低。然而，在短路情况下，IGBT 被认为是不饱和的，因此，由于集电极-发射极路径被实施的二极管阻塞，来自“DESAT”端子的电流流入消隐电容器。一旦 DESAT 端子上的电压超过 HVIC 的内部阈值电压，就会检测到去饱和情况，并立即在M81748FP内启动软关断程序。因此，低侧 “LO” 和高侧 “HO” 的输出驱动器级相应地被轻柔地关闭。这种异常的不饱和情况的指示是通过故障输出端子“FO”变为低电平并向叠加控制系统提供信息来实现的。
　　短路和下冲电压产生

　　带有指示寄生元件的半桥应用电路的典型原理图表明，在开关作期间，例如，当 P 侧晶体管 Q1 关断时，电感负载会导致电流 （IFW） 继续流动。因此，由于电流 （IFW） 流过寄生电感 L3-L4 和 Q2 的 FWDi，因此瞬态 Vs 减去下冲峰值将出现在 Vs 节点。这种动态负“下冲”峰值电压可能导致两个问题：在 HVIC 设计的稳健性不足的情况下，HVIC 可能会被破坏，或者至少 - 不会立即对 HVIC 造成破坏 - 错误或无信号可以传输到 HO 输出。

　　图 3.半桥应用电路的典型接线图
　　M81748FP确实对这种 VS 下冲电压提供了高抗扰度。使用栅极电阻为 0 欧姆的六单元“6in1”100A /1200V 级 IGBT 模块“CM100TX-24S1”进行了测试，同时记录了端子“VS”处的电压。尽管在此期间的电压瞬时达到了低至 -129V 的水平，但无法观察到该测试M81748FP器件的破坏或故障。

　　IGBT 模块关断时的波形（条件：CM100TX-24S1、Ta=25°C、VS=900V、Rg=10ohm、VGE=15V）

　　图 4.IGBT 模块关断时的波形（条件：CM100TX-24S1、Ta=25°C、VS=900V、Rg=10ohm、VGE=15V）
　　M81748FP HVIC 评估板
　　Mitsubishi Electric 提供了一个评估板，用于测试该M81748FP与 6 合 1 IGBT 模块结合使用的性能和稳健性。开发的电路板带有 3 个所述M81748FP 1200V HVIC 以及驱动 100A 所需的外围电路...150A 级 1200V 6 合 1 IGBT 模块（CM100TX-24S1 或 CM150TX-24S1）。图 5 显示了评估板布局。
　　M81748FP 评估板布局（顶部）

　　M81748FP 评估板布局

　　图 5.M81748FP 评估板布局
　　结论
　　推出了具有高侧和低侧短路 （SC） 保护电路的 1200V/2A HVIC （M81748FP）。新集成的反向电平转换器电路提供了 HVIC 功能的升级。HVIC 技术的稳健性已得到证明，甚至超出了所用 IGBT 模块的规格限制。