将ADuM4135栅极驱动器与Microsemi APTGT75A120T1G 1200 V IGBT模块配合使用

winniewei 提交于 周二, 08/13/2019
将ADuM4135栅极驱动器与Microsemi APTGT75A120T1G 1200 V IGBT模块配合使用

作者:Martin Murnane   ADI公司

简介

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、开关模式电源(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所示设计选择的。

本应用笔记所述设计中的APTGT75A120 IGBT是快速沟槽器件,采用Microsemi Corporation®专有的视场光阑IGBT五分11选5。该IGBT器件还具有低尾电流、高达20 kHz的开关频率,以及由于对称设计,具有低杂散电感的软恢复并联二极管。选定IGBT模块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ADI公司的栅极驱动五分11选5驱动IGBT。ADuM4135栅极驱动器是一款单通道器件,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的正向电源,因此,±15 V电源足以满足此应用。

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图1.ADuM4135栅极驱动器模块

测试设置

电气设置

系统测试电路的电气设置如图2所示。直流电压施加于半桥两端的输入,900 µF (C1)的解耦电容添加到输入级。输出级为200 µH (L1)和50 µF (C2)的电感电容(LC)滤波器级,对输出进行滤波,传送到2 Ω至30 Ω的负载(R1)。表1详述了测试设置功率器件。U1是用于HV+HV−的直流电源,T1和T2是单个IGBT模块。

完整电气设置如图3所示,表2详细列出了测试中使用的设备。

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图2.系统测试电路的电气设置

表1.测试设置功率器件

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表2.完整设置设备

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图3.栅极驱动器配电板测试的连接图

测试结果

无负载测试

在无负载测试设置中,在模块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显示无负载的电气测试设置的重要元件,且负载内的电流低。表4显示在模块上观察到的温度。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测试结果。

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显示无负载测试的电气设置。

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图4.无负载测试的电气设置

表3.无负载测试,对应插图

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负载测试

测试配置类似于图2所示的测试设置。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.负载测试

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高电流测试

测试配置类似于图3中所示的物理设置。表6总结了观察到的结果,图17至图20显示各种电压、频率和负载下的测试性能和结果。

输出负载电阻视各个测试而异,如表1所示,其中2 Ω30 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.高电流测试

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应用原理图

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图24.ADuM4135栅极驱动器板原理图

结论

ADuM4135栅极驱动器具有优异的电流驱动能力,合适的电源范围,还有100 kV/µs的强大CMTI能力,在驱动IGBT时提供优良的性能。

本应用笔记中的测试结果提供的数据表明,ADuM4135评估板是驱动IGBT的高压应用的解决方案。

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