Силовая электроника №4'2011

Драйверы 2SC0108T и SKHI-22: практика замены

Берелидзе Виталий

Калачев Юрий


На российском рынке силовой электроники наиболее популярны два производителя драйверов для IGBT: CT-Concept и Semikron. На первый взгляд, устройства, выпускаемые этими двумя компаниями, схожи. Однако с появлением нового поколения драйверов серии SCALE-2 производства CT-Concept с улучшенными по сравнению с первым поколением драйверов SCALE-1 характеристиками и функционалом у разработчиков появилась возможность создавать простые и недорогие унифицированные драйверы для управления IGBT. В статье описывается практический опыт замены драйвера SKHI-22 производства Semikron на драйвер 2SC0108T производства CT-Concept. Такая замена позволяет решить ряд технических проблем при одновременном снижении стоимости драйверов.

Драйвер SKHI-22 (рис. 1) выпускается компанией Semikron уже много лет и успел получить заслуженное признание среди специалистов и производителей преобразовательной техники и электроприводов. Идеология его построения в виде завершенного гибридного модуля признана классической.

 Драйвер SKHI-22

Рис. 1. Драйвер SKHI-22

Безусловно, SKHI-22 обладает рядом бесспорных достоинств:

  • завершенный гибридный модуль в корпусе, залитый компаундом;
  • полная трансформаторная гальваническая развязка входа и выхода с минимальными паразитными емкостями;
  • встроенная защита от КЗ и падения напряжения питания;
  • однополярное питание +15 В;
  • пиковое значение выходного тока на управление IGBT до 8 А.

Однако известны и проблемы.

Во-первых, вследствие конструктивных особенностей SKHI-22 предъявляет достаточно жесткие требования к условиям эксплуатации. Так, при использовании его в серийных изделиях были замечены случаи выхода драйвера из строя при незначительных механических деформациях платы, в которую он установлен. Эти механические напряжения и деформации могут возникать при креплении платы или при коммутациях разъемов, требующих определенного усилия. При серийном применении требование достаточно «нежного» обращения с платой драйверов создает неудобства и вносит элемент ненадежности в изделия.

Во-вторых, защита драйвера от сверхтоков настроена таким образом, что устройство, управляющее драйвером, часто фиксирует слишком раннее ее срабатывание.

Защита драйвера от сверхтоков работает следующим образом:

  1. Фиксирует ненасыщенное состояние открытого ключа при поданном отпирающем сигнале.
  2. Запирает ненасыщенный ключ и выдает сигнал срабатывания защиты в систему управления.
  3. Через 9 мкс защита драйвера может быть сброшена, если с него будет снят отпирающий транзистор сигнал.

Система управления должна за это время проанализировать сигнал защиты драйвера, зафиксировать срабатывание защиты и выключить все транзисторы. Однако опыт показывает, что 9 мкс недостаточно, столь короткий промежуток времени не позволяет системе управления надежно отфильтровывать ложные сигналы срабатывания защиты, вызываемые помехами.

Кроме того, применяемый в драйвере принцип измерения напряжения открытого транзистора с использованием высоковольтного диода имеет малую помехозащищенность. Сам этот диод создает своей паразитной емкостью дополнительную цепь протекания импульсной помехи, которая затем подается на компаратор защиты драйвера. Эти причины и приводят, в конце концов, к слишком раннему срабатыванию защиты от сверхтоков, что может мешать нормальной работе системы.

Однако, несмотря на вышесказанное, на момент появления на рынке данный драйвер был, безусловно, одним из лучших. Кроме вышеперечисленных технических особенностей, SKHI-22 имеет высокую стоимость. В настоящее время выпускается целый ряд драйверов, способных заменить SKHI-22 при модернизации уже выпускаемой продукции и в новых разработках.

Наиболее удачной альтернативой является драйвер 2SC0108T производства CT-Concept (таблица). Замена им драйвера SKHI-22 осуществляется очень просто, так как все его основные параметры 2SC0108T либо лучше, либо совпадают с параметрами SKHI-22.

 Драйвер 2SC0108T

Рис. 2. Драйвер 2SC0108T

Таблица. Сравнительная таблица параметров драйверов

Параметр SKHI-22 2SC0108T
Напряжение управляемых модулей, В до 1700 до 1700
Количество каналов 2 2
Максимальный выходной ток канала, А 8 8
Типовое напряжение питания, В 15 15
Сигнал управления, В 5/0 или 15/0 3,3–15/0
Напряжение отпирания транзистора, В +15 +15
Напряжение запирания транзистора, В –7 от –7,2 до –9,4
Максимальный ток потребления, мА до 300 до 270
Температурный диапазон работы, °С –40…+85 –40…+85
Габариты, мм 55×55×16 35,3×45×16

Очевидно, что разработчики создавали этот драйвер, в частности, и как альтернативу SKHI-22. Кроме того, по сравнению с SKHI-22 драйвер 2SC0108T обладает рядом дополнительных полезных функций.

Возможность независимой работы каналов

SKHI-22 разработан для управления полумостом и не допускает независимого управления двумя транзисторами, а 2SC0108T может работать и как драйвер полумоста, и как драйвер двух независимых транзисторов.

Разработчик может выбрать необходимый режим работы с помощью подключения специального входа драйвера. Если вход MOD подключен к «общей» точке, то 2SC0108T работает как драйвер двух независимых транзисторов. Если же вход MOD подключен к «общей» точке через резистор Rm, то устройство работает как драйвер полумоста. При этом время защитных пауз определяется номиналом резистора Rm.

Эта функция существенно расширяет область применения 2SC0108T.

Надежная и гибко настраиваемая защита от сверхтоков

Принцип работы защиты силовых транзисторов от сверхтоков в 2SC0108T иллюстрирует рис. 3.

 Принцип работы защиты IGBT

Рис. 3. Принцип работы защиты IGBT от сверхтоков в драйвере 2SC0108T

Если напряжение на открытом силовом транзисторе после его включения и по истечении некоторого времени блокировки защиты оказывается выше заданного порога, транзистор принудительно запирается, и сигнал срабатывания защиты выдается в систему управления через выход SO (открытый сток, Imax = 20 мA). В таком состоянии драйвер находится в течение некоторого времени работы схемы защиты. Затем осуществляется самосброс защиты, и сигнал запрета включения транзистора снимается.

Все параметры работы схемы защиты (порог срабатывания, время блокировки, время работы) гибко настраиваются с помощью номиналов навесных резисторов и емкостей. Очень важно, что разработчик может самостоятельно выбрать время работы защиты в диапазоне 9×10-6–30×10-3 с, подобрав его так, чтобы система управления с помощью входного фильтра легко отличала бы реальное срабатывание защиты от сигнала помехи.

Кроме того, сам способ измерения напряжения открытого транзистора с использованием резистора, подключенного к коллектору, менее подвержен помехам, чем схема, использующая для этой цели высоковольтный диод. Как уже упоминалось выше, паразитная емкость диода является проводником импульсной помехи (для SKHI-22), а резистор (для 2SC0108T), имеющий достаточно большое значение, является сопротивлением на ее пути.

Возможность режима активного запирания

Драйвер 2SC0108T имеет возможность использования режима активного запирания, который позволяет ограничивать сквозные токи полумоста, возникающие в процессе запирания транзисторов. Для этого к нему надо подключить несколько дополнительных диодов.

Драйвер 2SC0108T является хорошим решением для вновь разрабатываемых систем и оптимальной заменой SKHI-22 при модернизации уже выпускаемых изделий.

Литература

  1. 2SC0108T2AX-17 Preliminary Data Sheet. CT-Concept. 2009.
  2. 2SC0108T Description & Application Manual. CT-Concept. 2009
  3. SKHI 22 A / B H4 (R). Data Sheet. Semikron. 2008.
  4. Бербенец А. Драйверы CT-Concept для силовых IGBT- и MOSFET-модулей на базе нового ядра SCALE-2. // Силовая электроника. 2009. № 5.

Скачать статью в формате PDF

Скачать статью в формате PDF 2011_04_26.pdf  

 
ПОДПИСКА НА НОВОСТИ

Оцените, пожалуйста, удобство и практичность (usability) сайта:
Хорошо
Нормально
Плохо