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igbt(isolate gate bipolar transistor)是mosfet与双极晶体管的复合器件。它既有mosfet易驱动的特点,又具有功率晶体管工作电压高、电流容量大等优点。其频率特性介于mosfet与功率晶体管之间,可正常工作于几khz~几十khz频率范围内,故在较高频率的大、中功率应用中占据了主导地位[1~2]。
对于igbt 电压型功率器件,目前有多种带保护和隔离的集成驱动芯片,如ir2110、exb841、m57962 等,它们具有隔离驱动、电路参数一致性好、运行稳定的优点[2]。这些混合ic具有各自的特点,应用于不同的场合,也有一定的局限性:
1)ir2110具有自举能力,可以在驱动桥式电路时使用一组电源,但芯片与主电路的高压直接相连,安全性较差[3];
2)exb841集成度较高,但针对不同开关频率的保护调节不方便[4];
3)m57962 驱动能力大,适用于大功率单管igbt,但与exb841一样不能调节退饱和保护时间,并且动作速度太慢。
mc33153 是一款应用于中大功率的单个igbt驱动芯片[1],具有电流保护、器件退饱和保护以及欠压保护功能,同时芯片可以灵活地设定退饱和保护的动作时间。在中大功率场合,mc33153的应用具有越来越广阔的前景。
1 mc33153的结构
mc33153芯片内部结构框图。其主要包括逻辑输入、过流保护、短路保护、退饱和保护、欠电压保护及推挽输出等部分。
芯片的供电较为灵活,既可以采用单电源供电,又可以采用正负电源供电,如果要在单电源的条件下实现igbt的负电压可靠关断,可以在外围设计分压电路,最后得到vcc(+14.9v),gnd(0v),ve(e -5.1v)。于是驱动电路输出的电平为"1"———+14.9v;"0"———5.1v,保证了igbt的可靠关断。
mc33153的响应时间在同类产品之中较快,开通延时时间tplh(信号自input 传输到output 的延时)和关断延时时间tphl较其余各类集成驱动芯片一定有的优势。
芯片的逻辑输入部分采用施特密触发电路,滞环宽度大于0.5v,大大提高电路的抗干扰能力。并且输入逻辑与ttl/cmos电平兼容,方便了电路设计。
对igbt 的过流,芯片有两种检测方式,内部通过不同的模块实现。一是过流保护,直接检测流过igbt的射极电流,这样动作时间最快,不需要igbt承受大的短路容量,但这种方式只适合于带电流检测输出的igbt,有很大的局限性;另一种是退饱和保护,利用igbt导通时工作在饱和区,集电极与射极上电压vce很小,当igbt 发生过流时,器件退出饱和区,vce迅速上升,超过芯片内部阈值,保护得以动作。这两种保护一般只选用其中一种,为使保护正常输出,不使用的保护必须拉为高电平(对脚1),或是通过电容接地(对脚8)。
MC33153
国产