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作者:Martin Murnane ADI公司時間:2019-08-13來源:電子産品世界收藏

簡介

本文引用地址:/article/201908/403679.htm

绝缘栅极双极性晶体管(IGBT)是适用于高压应用的经济高效型解决方案,如车载充电器、非车载充电器、DC-DC快速充电器、开关模式電源(SMPS)应用。开关频率范围:直流至100 kHz。IGBT可以是单一器件,甚至是半桥器件,如为图1所示設計选择的。

本应用笔记所述設計中的APTGT75A120 IGBT是快速沟槽器件,采用Microsemi Corporation?专有的视场光阑IGBT技术。该IGBT器件还具有低拖尾电流、高达20 kHz的开关频率,以及由于对称設計,具有低杂散电感的软恢复并联二极管。选定IGBT模塊的高集成度可在高频率下提供最优性能,并具有较低的结至外壳热阻。

使用公司的柵極驅動技術驅動IGBT。是一款单通道器件,在>25 V的工作电压下(VDD至VSS),典型驱动能力为7 A源电流和灌电流。该器件具有最小100 kV/μs的共模瞬变抗扰度(CMTI)。ADuM4135可以提供高达30 V的正向電源,因此,±15 V電源足以满足此应用。

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圖1.模塊

測試設置

電氣設置

系统测试電路的電氣設置如图2所示。直流电压施加于半桥两端的输入,900 ?F (C1)的解耦电容添加到输入级。输出级为200 ?H (L1)和50 ?F (C2)的电感电容(LC)濾波器级,对输出进行滤波,传送到2 Ω至30 Ω的负载(R1)。表1详述了測試設置功率器件。U1是用于HV+和HV?的直流電源,T1和T2是单个IGBT模塊。

完整電氣設置如图3所示,表2详细列出了测试中使用的设备。

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图2.系统测试電路的電氣設置

表1.測試設置功率器件

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表2.完整設置設備

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圖3.柵極驅動器配電板測試的連接圖

測試結果

無負載測試

在无负载測試設置中,在模塊输出端汲取低输出电流。在此应用中,使用一个30 Ω的电阻。

表3显示无负载的电气測試設置的重要元件,且负载内的电流低。表4显示在模塊上观察到的温度。表3和表4总结了所观察到的结果。图5至图10显示各种电压和开关频率上的开关波形的測試結果。

如表3中所示,测试1和测试2在600 V电压下执行。测试1在10 kHz开关频率下执行,测试2在20 kHz开关频率下执行。测试3在900 V电压下执行,开关频率为10 kHz。

图4显示無負載測試的電氣設置。

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图4.無負載測試的電氣設置

表3.無負載測試,对应插图

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1      VDC是HV+和HV?电压。

2      IIN表示通过U1的输入电流。

表4.無負載測試,温度总结1

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1      所有温度都通过热摄像头记录。

2      从变压器测得。

開關IGBT的性能圖

此部分測試結果显示不同目标电压下的开关波形,其中fSW = 10 kHz和20 kHz。VDS是漏极-源极电压,VGS是栅极-源极电压。

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图5.VDC = 600 V,fSW   = 10 kHz,无负载

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图8.VDC = 600 V,fSW   = 20 kHz,无负载

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图6.VDC = 600 V,fSW   = 10 kHz,无负载

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图9.VDC = 900 V,fSW   = 10 kHz,无负载

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图7.VDC = 600 V,fSW   = 20 kHz,无负载

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图10.VDC = 900 V,fSW   = 10 kHz,无负载

負載測試

测试配置类似于图2所示的測試設置。表5总结了观察到的结果,图11至图16显示各种电压、频率和负载下的测试性能和结果。

测试4在200 V、10 kHz开关频率下执行,占空比为25%。测试5在600 V、10 kHz开关频率下执行,占空比为25%。测试6在900 V、10 kHz开关频率下执行,占空比为25%。

表5.負載測試

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1      IOUT是负载电阻R1中的输出电流。

2      VOUT是R1两端的输出电压。

3      POUT是输出功率(IOUT × VOUT)。

開關IGBT的性能圖和無負載測試

此部分測試結果显示fSW = 10 kHz和20 kHz的不同目标电压下的开关波形。

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图11.VDC = 200 V,fSW = 10   kHz,POUT   = 90.2 W

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图14.VDC = 600 V,fSW = 10   kHz,POUT   = 791.1 W

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图12.VDC = 600 V,fSW = 10   kHz,POUT   = 791.1 W

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图15.VDC = 900 V,fSW = 10   kHz,POUT   1669.2 W

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图13.VDC = 200 V,fSW = 10   kHz,POUT   = 90.2 W

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图16.VDC = 900 V,fSW = 10   kHz,POUT   1669.2 W

高電流測試

測試配置類似于圖3中所示的物理設置。表6總結了觀察到的結果,圖17至圖20顯示各種電壓、頻率和負載下的測試性能和結果。

输出负载电阻视各个测试而异,如表1所示,其中2 Ω到30 Ω负载用于改变电流。测量VOUT,也就是R1两端的电压。

测试7在300 V、10 kHz开关频率下执行,占空比为25%。测试8在400 V、10 kHz开关频率下执行,占空比为25%。

表6.高電流測試

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1      PIN是输入電源(IIN × VIN),其中VIN是直流電源电压。

開關IGBT的性能圖和負載測試

此部分測試結果显示fSW = 10 kHz和20 kHz的不同目标电压下的开关波形。

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图17.VDC = 300 V,fSW = 10   kHz,POUT   = 1346.3 W

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图19.VDC = 300 V,fSW = 10   kHz,POUT   = 1346.3 W

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图18.VDC = 400 V,fSW = 10   kHz,POUT   = 2365.9 W

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图20.VDC = 400 V,fSW = 10   kHz,POUT   = 2365.9 W

去飽和測試

系统测试電路的電氣設置如图21所示。直流电压施加于半桥两端的输入,900 ?F的解耦电容添加到输入级。此设置用于测试去饱和检测。在此应用中,最大IC = 150 A,其中IC是通过T1和T2的电流。

高端开关IGBT (T1)被83 μH的电感旁路,T1开关必须關閉。

低端开关IGBT (T2)每500 ms被驱动50 μs。

表7详细列出了去饱和測試設置的功率器件。

图22显示电感L1中电流135 A时的开关动作,图23显示电感L1中电流139 A时的去饱和检测。

表7.功率器件去飽和測試的測試設置

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图21.系统测试電路的電氣設置

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图22.VDC < 68 V,fSW = 2 Hz,占空比 = 0.01%

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图23.VDC > 68 V,fSW = 2 Hz,占空比 = 0.01%

應用原理圖

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圖24.板原理圖

結論

ADuM4135柵極驅動器具有优异的电流驱动能力,合适的電源范围,还有100 kV/?s的强大CMTI能力,在驱动IGBT时提供优良的性能。

本应用笔记中的測試結果提供的数据表明,ADuM4135评估板是驱动IGBT的高压应用的解决方案。



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