Smart Gate Drive Coupler: Sveobuhvatna zaštita za IGBT u inverterskim aplikacijama

Spojnice pogona pametnih vrata (SGD)su ključne komponente za zaštitu energetskih uređaja, posebno bipolarnih tranzistora s izoliranim vratima (IGBT), od prekomjerne struje. U ovom će se članku prikazati informacije o operativnom dizajnu SGD-ova, posebno za Toshibine modele TLP5214A/TLP5214/TLP5212/TLP5222, koji su poznati po svojoj VCE (sat) funkciji otkrivanja, Millerovoj funkciji stezaljke i funkciji izlaza FAULT.

1. Usporedba proizvoda SGD spojnice

Različiti modeli SGD spojnica razlikuju se u parametrima izvedbe, a te su razlike presudne za odabir pravog proizvoda. Na primjer, vršna izlazna struja modela TLP5214A/TLP5214 je ±4.0A, dok je modela TLP5212/TLP5222 ±2,5A. Struja napajanja i napon napajanja također su važna razmatranja, a maksimalne vrijednosti ovih parametara su 3,8 mA, 3,5 mA i 5 mA, odnosno 15 V do 30 V. Prag ulazne struje i DESAT prag također su ključni za razlikovanje različitih modela, s maksimalnom vrijednošću od 6 mA i tipičnom vrijednošću od 6,5 V do 6,6 V. Osim toga, kašnjenje širenja, odnosno maksimalno vrijeme kašnjenja signala od ulaza do izlaza, kreće se od 150ns do 250ns. Kao što je prikazano na slici 1.1

2. Zaštitne karakteristike

Zaštitne karakteristike SGD spojnice su njegove osnovne funkcije, uključujući UVLO (podnaponsku blokadu), VCE(sat) detekciju, aktivno Miller stezanje i izlazni sustav greške. UVLO funkcija osigurava da nema slučajnog izlaza kada je napon napajanja niži od praga, dok detekcija VCE(sat) nadzire napon kolektor-emiter IGBT-a i isključuje rad radi zaštite uređaja kada se otkrije prekomjerna struja . Aktivna Millerova stezaljka smanjuje porast potencijala između vrata i kolektora IGBT-a, dok izlazni sustav greške šalje signal greške glavnoj upravljačkoj strani kada se otkrije greška. Preopterećenje je prikazano na slici 1.2

3. Dizajn aplikacije

U dizajnu aplikacije potrebno je uzeti u obzir više parametara, uključujući otpor vrata, vrijeme zatamnjenja, nadzor kratkog spoja i glavni otpornik signala kvara. Postavljanje i prilagodba vremena gašenja može se izvršiti vanjskim kondenzatorom gašenja ili krugom za podešavanje vremena slijeda detekcije napona. Vanjski prigušni krug (RB) koristi vanjski otpornik za povećanje struje punjenja prigušnog kondenzatora kako bi se osiguralo da je zaštitna funkcija učinkovita tijekom kratkog spoja. Napon praga detekcije kratkog spoja IGBT može se prilagoditi dodavanjem diode ili Zener diode. Analiza kapacitivnosti vrata, otpora vrata i kašnjenja širenja pokazuje utjecaj ovih parametara na kašnjenje širenja. Na vrijeme laganog isključivanja utječu kapacitivnost vrata i izlazni napon snage, dok se pravilnim postupanjem s premosnim kondenzatorima i terminalima u stanju pripravnosti može izbjeći kvar. Zaštita DESAT terminala od skoka napona kada se IGBT prebaci može se postići dodavanjem Zener diode ili Schottky diode između DESAT i VE terminala. U slučaju nedovoljne pogonske struje vrata, može se dodati međuspremnik tranzistor. Oblikovanje valnog oblika LED signala posebno je važno kada je udaljenost između SGD spojnice i CPU-a velika, a valni oblik ulaznog signala može se oblikovati upotrebom međuspremnika histereze. Konačno, za izlaz signala greške neophodan je otpornik RF signala greške na glavnoj strani.

4. Ključna razmatranja dizajna

Prilikom projektiranja SGD spojnice, ključni čimbenici koje treba uzeti u obzir uključuju otpor vrata, odvajanje pogonskog kruga od uređaja za napajanje, diodu kruga pokretanja i otpor vrata-emiter. Ovi faktori zajedno utječu na kašnjenje širenja, koje ima najveću vrijednost između 150ns i 250ns.