教你做2SD31I的驅動電路設計

　　在實際應用中，驅動電路一般都要求盡量靠近IGBT模塊，同時盡可能地縮短驅動器輸出PWM脈沖信號到柵極之間的引線長度，以增強驅動回路的抗干擾性能，對于中大功率變流裝置更是如此。因此，在100kVA電力機車輔助變流器的設計中，以SCALE驅動器2SD31I為核心的IGBT驅動板就近放置于四象限變流器和逆變器的IGBT模塊上方，驅動器輸出PWM脈沖信號到柵極之間的引線距離不足10cm。
　　驅動器工作模式選擇
　　2SD31I主要由LDI（Logic to Driver Interface）、脈沖變壓器、IGD（Inligent Gate Driver）和DC/DC變換器構成，有兩種工作模式可供選擇：半橋模式和直接模式。驅動器的MOD管腳接地則工作在半橋模式，接電源則工作在直接模式。
在半橋工作模式中，驅動器的InA管腳作為PWM脈沖輸入信號，InB管腳作為脈沖允許信號。只需在驅動器的RC1、RC2管腳外部加入簡單的RC電路，便可以產生長度從100ns到幾ms的死區時間。在直接工作模式中，管腳InA和InB分別是兩個通道的輸入PWM脈沖信號，兩個通道之間沒有進行互鎖處理，也不能進行死區時間設置。
　　在輔助變流器的設計中，四象限變流器和逆變器的PWM脈沖信號都是由DSP控制器TMS320F240直接發生，通過軟件可以很方便地設置死區時間，因此驅動器選取了直接工作模式。
　　脈沖信號傳輸
　　控制器發出的PWM脈沖信號經過一定距離的傳輸才能到達驅動板，這就要求解決好脈沖信號的傳輸問題。較長距離數字信號傳輸的常用方法有：光纖傳輸、電流環方式傳輸、絕緣隔離方式傳輸、差動方式傳輸以及強信號傳輸等。考慮到實際傳輸距離為兩米左右，又兼顧到成本等因素，在驅動電路設計中采取了強信號傳輸方式。驅動器的PWM脈沖輸入信號采用+15V電平，為提高信噪比，傳輸電流為15mA。同時，信號傳輸采用雙絞屏蔽線，單端接地，大幅降低了噪聲的影響。
　　脈沖信號輸入處理電路
　　為PWM脈沖信號輸入處理電路。Input A和Input B是從驅動板外部輸入的PWM脈沖信號。D1、D2和D3、D4分別為A、B兩個通道的脈沖鉗位電路。N溝道絕緣柵場效應晶體管Q1和Q2構成互鎖電路，用于防止兩個PWM脈沖信號同為高電平，以避免導致IGBT擊穿短路。R5、C1和R6、C2分別為A、B兩通道的PWM脈沖信號的低通濾波環節，用以防止由于尖峰脈沖干擾信號而造成的IGBT誤導通，可根據IGBT開關頻率等因素來確定濾波時間常數。InA和InB分別接至驅動器的兩個PWM脈沖輸入引腳。
　　故障信號輸出及
　　故障自動復位電路
　　故障信號輸出及故障自動復位電路。SCALE驅動器的故障信號為集電極開路輸出，所以可以將各驅動器的故障輸出信號管腳SO1、SO2直接相連，產生總的驅動器故障信號。以單驅動器為例。在驅動器正常情況下，SO1和SO2處于懸空狀態，由R2上拉到高電平，施密特反向器U1A輸出高電平使三極管T1導通，VCC經過D1和D2組成的鉗位電路和限流電阻R1，送出驅動器狀態信號SO到驅動板外部。任何一個通道發生故障后，都會使U1A的輸出變為低電平，從而使三極管T1截止，表示驅動器故障；同時U1A的輸出送入驅動器的VL/Reset管腳，自動將故障信號復位。故障信號的持續時間由R2、C1的時間常數確定，通常取10ms左右。