Was bei Auswahl und Einsatz eines IGBT-Treibers zu beachten ist

Anbieter zum Thema

Das Eingangs-ASIC LDI (Logic to Driver Interface)

Auf dem Treiber (Bild 2) befindet sich eingangsseitig ein LDI-ASIC (Logic to Driver Interface). Hier finden sich die Schnittstelle für die Spannungsversorgung von +15 V, die PWM-Steuersignaleingänge für Kanal A und B (Eingangsspannungsbereich 3,3 bis 15 V) und die Open-Kollektor-Fehlerausgänge. Des Weiteren sind im LDI die bidirektionale Signalaufbereitung, das Spannungs-Fehlermanagement und die Steuerung des DC/DC-Controllers für die sekundäre Spannungsversorgung integriert. Die eingangsseitige DC-Versorgungsspannung wird in eine AC-Spannung gewandelt und sekundärseitige gleichgerichtet (Bild 3). Hierfür bietet sich ein Push-Pull-Konverter an, der die DC-Eingangsspannung in eine AC-Spannung wandelt und diese Spannung galvanisch getrennt über den Transformator überträgt. Auf der Sekundärseite erfolgt die Gleichrichtung mittels Dioden.

Bildergalerie

Die Funktionen des LDI-ASIC sind:

Spannungsversorgung und Kurzschlussfehlermanagement,

5-V-Spannungsversorgung,

Blockier- und Totzeitmanagement der PWM-Signale,

Steuerung der bidirektionalen Signaltransformator-Schnittstelle,

Halbbrücken-Controller,

Schnittstelle Transformator zu Ausgangsstufe Kanal A und B,

DC/DC-Ansteuerung,

DC/DC-Ausgangsstufe zu Kanal A und zu Kanal B.

So funktioniert das Ausgangs-ASIC IGD

Das IGD-ASIC (Intelligent Gate Driver) realisiert die Leistungsstufe und Schutzmanagement wie V_ce(sat)-Monitoring, Miller Clamping und Advanced Active Clamping. Der innere Aufbau des IGD ist in Bild 4 dargestellt. Die V_ce-Überwachung schützt den IGBT im IGBT-Kurzschluss. Hierzu wird die Kollektor-Emitter-Spannung im IGD über ein Widerstandsnetzwerk abgebildet. Ein Vergleicher misst und prüft dieses Signal gegenüber einer Referenzspannung und erzeugt beim Überschreiten ein Gate-Steuersignal, sodass die IGBT-Abschaltung erfolgt. Das Advanced Active Clamping schützt den IGBT vor Zerstörung durch Spannungsspitzen, die im Abschaltvorgang durch Streuinduktivitäten generiert werden. Wird eine vordefinierte Spannungsschwelle überschritten, reagiert der Treiber.

Die Generierung des Gate-Steuersignals pro Kanal erfolgt über eine n-Kanal-Push-Pull-Treiberstufe. Diese Leistungsstufe besteht aus zwei n-Kanal-MOSFETs. T1 ist für das Einschalten und T2 für das Ausschalten zuständig und über die Gatewiderstände R_gon und R_goff mit dem Gate des IGBTs ver- bunden. Die MOSFETs werden mit einer positiven Logik angesteuert. Die Verwendung von n-Kanal-MOSFETs weist geringere Durchlassverluste aufgrund des geringeren R_DS(on) im Gegensatz zu p-Kanal-Typen auf. Die aufwändigere Ansteuerung für den n-Kanal-MOSFET ist im ASIC realisiert. Eine positive Gate-Source-Spannung schaltet T2 durch, somit liegt die negative Spannung am Gate des IGBTs an.

Die Funktionen des IGD-ASIC sind:

optische Schnittstelle,

Transformator-Schnittstelle,

5-V-Spannungsversorgung,

Temperatur- und Prozesskompensation,

Active Clamping-Logik,

Gate-Spannungskontrolle,

Bootstrap und Ladungspumpe,

Vorstufe für die MOSFET-Endstufe,

MOSFET-Endstufe mit max. 8 A,

Semi Array für Kunden-Funktionen.

Die Treiberfamilien Driver Core und Plug-and-Play Driver

Die Core-Treiber sind universelle Gate-Treiber mit den zuvor betrachteten Basis- und Schutzfunktionen. Diese Treiber sind sehr kompakt und verfügen über eine Stiftleiste, womit sich die Treiber einfach in ein Design integrieren lassen. Die Anpassung des Advanced Active Clampings A²C oder des Dynamic Advanced Active Clampings DA²C und der V_ce(sat)-Schutzfunktion erfolgt durch externe Beschaltung (Bild 4). Somit ist der Core-Treiber individuell an den gewünschten IGBT anpassbar. Zur Unterstützung der Entwicklung stehen neben Application Notes und Application Manuals das CONCEPT Support Team und die Entwicklungsboards „Base Board“ und „Evaluation Board“ zur Verfügung.

Im Unterschied zum Core-Treiber ist der Plug-and-Play-Treiber bereits ab Werk mechanisch und elektrisch auf das gewünschte Modul angepasst. Die Positionierung der Bauteile auf der Leiterkarte ist unter Berücksichtigung von magnetischen Feldern, die beim Schalten des IGBT entstehen, erfolgt. Jeder Plug-and-Play-Treiber wurde bei CONCEPT angepasst und auf IGBT-Module aller am Markt verfügbaren Hersteller vermessen. Dies bedeutet, dass der Treiber sofort nach seiner Montage auf dem IGBT-Modul einsatzfähig ist.

Lediglich die Spannungsversorgung von +15 V, die PWM-Signale und der Fehlerausgang sind noch zu beschalten. Sowohl die Gate-Widerstände als auch die externe Beschaltung für die Schutzfunktionen sind auf das IGBT-Modul abgestimmt. Alle Treiberfamilien sind zu 100% funktionsgeprüft. Um den Core-Treiber zu testen und genauer kennenzulernen dient das Evaluation Board; und zum Test der Leistungselektronik hat CONCEPT das Base Board entwickelt.

* Kai Asmacher ist Applikationsingenieur bei HY-LINE Power Components, Unterhaching.

(ID:42357866)