通信电源技术
！竺！！！！兰！竺！！‘竺！！！：！：！竺！！１１１１竺！技术研究
ＡｎＥｘｃｅｌｌｅｎｔ
ＢｒｉｄｇｅＤｒｉｖｅＣｉｒｃｕｉｔ
裴雪军郭卫农康勇陈坚
ＰｅｉＸｕｅｊｕｎ，ＧｕｏＷｅｉｎｏｎｇ，ＫａｎｇＹｏｎｇ，ＣｈｅｎＪｉａｎ
华中科技大学电力系４３００７４武汉
ＨｕａｚｈｏｎｇＳｃｉｅｎｃｅ＆ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ．４３００７４
摘要介绍了一种／ＧＢＴ驱动电硌ＳＫＨ［２１，它具有对驱动电源的欠压监测功能；原副边采用脉冲变压器隔离，可以驱动半桥的上下管两个ＩＧＢＴ，而且只需一路直流电源就能工作；另外它可时输出短路进行保护及软关断ＩＧＢＴ，有效地保护１ＧＢＴ；分析了它的内部框图和使用方法，实验证明， 该驱动电路使用简单、可靠，具有优良的驱动和保护性能。
关键词驱动电路绝缘栅双极型晶体管ＳＫＨｌ２１
分类号ＴＮ８６ＴＮ４３
ＡｂｓｔｒａｃｔＩｔｉｎｌｒｏｄｕｃｅｓａｋｉｎｄｏｆＩＧＢＴｄｒｉｖｅｃｉｒｃｕｉｔ——ＳＫＨｌ２１．ｗｈｉｃｈｃａｎｍｅ器ｕｒｅｔｈｅｕｎｄｅｒ—ｖｏｈａｇｅｏｆｔｈｅｄｒｉｖｅｐｏｗｅｒＰｒｉｍａｒｙａｎｄｓｅｃｏｎｄａｒｙｉｓｉｓｏｌａｔｅｄｂｙｔｈｅｐｕｌｓｅｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ，ｗｈｉｃｈｃａｎｄｒｉｖｅ１ｗｏＩＧＢＴｓｉｎｔｈｅｕｐｐｅｒａｎｄｔｈｅｄｏｗｎｔｕｂｅｓｏｆｔｈｅｄｒｉｖｅｈａｌｆ—ｂｒｉｄｇｅａｎｄｃａｎＦＵｌｌｗｉｔｈｏｎｌｙｏｎｅＤＣｐｏｗｅｒＳＯＵｌ＇ｃｅ．Ｂｅｓｉｄｅｓ，ｉｔｉｓａｂｌｅｔｏｐｒｏｔｅｃｔａｇａｉｎｓｔｔｈｅｏｕｔｐｕｔｓｈｏｒｔｃｉｒｃｕｉｔａｎｄｐｒｏ—ｔｅｃｔｅｆｆｉｃｉｅｎｔｌｙＩＧＢＴｂｙｓｏｆｔｓｗｉｔｃｈｉｎｇｏｆｆ．Ｔｈｅａｒｔｉｃｌｅａｎａｌｙｓｉｓｅｓｉｔｓｉｎｎｅｒｓｃｈｅｍｅａｎｄｉｔｓｏｐｅｒａ—ｔｉｏｎ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ
ｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｓａｉｄｃｒｉｖｅｃｉｒｃｕｉｔｉｓｅａｓｙｔｏｕｓｅ，ｒｅｌｉａｂｌｅｗｉｔｈｅｘｃｅｌｌｅｎｔｄｒｉｖｅａｎｄｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃ
ｅ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓｄｒｉｖｅｃｉｒｃｕｉｔ，ＩＧＢＴ，ＳＫＨｌ２１
１引言
随着电力电子技术的飞速发展，特别是ＩＧ—ＢＴ和ＭＯＳＦＥＴ…等高频自关断器件应用的日益广泛，它们的驱动电路的设计就显得尤为重要。目前国内外有多种驱动电路，如：日本富士公司生产的ＥＸＢ８４ｌ以及美国ＩＲ公司生产的ＩＲ２１１０＿２Ｊ等。这些驱动电路都具有过流保护功能且运行稳定可靠，同时它们也存在明显的缺陷，如需多路电源、保护功能不够完善等。针对目前通用的半桥、全桥以及三相全桥拓扑，西门康公司生产的ＳＫＨＩ系列驱动模块，只需几个外围分立元件，就
２０００一ｌＯ—１８收稿可直接驱动ＩＧＢＴ和ＭＯＳＦＥＴ，是一种性能优异、成熟的驱动电路。表１给出ＳＫＨｌ系列驱动模块的主要技术参数。
表１ＳＫＨＩ系列驱动模块的主要技术参数
女Ｂ新目新＊／／女＃＊老
警＾镕ｇｍＥｕ，一ｖ１５／５】５１５１５１５／５１５１５１５＃人信Ｂ自ｉ』．Ｈ／ｍＶ０３４０３４０３４０３４Ｏ３４Ｏ３４Ｏ３４Ｏ３４电彝电压额定值Ｕ／Ａ１５１５１５１５１５１５１５１５
自《自ｍ￥★Ⅲｆ／ｍｖ５００鲫ｌ加１６０５∞７００１２００６００
绝缘电压（ＡＣ；腽；ｌ咖）
４４２５２５４２５４２５ｕｉ—ｋＶ
＃￥自自平ｕｃ饥／Ｖ１５１５１５１５／５１５１５１５１１１坚！塑』：！：！！：！：！：！：！！
６
通信电源技术裹Ｉｌ续）ＳＫＨＩ系列驱动模块的主要技术参数
输Ⅲ自＆峰值ｌｃＰ，＾８３０３，３３．３４１０３０４
辖ｍ自＆｝目值ｌ。ｔ／ｍＡ±１００±１５０４０±２０±５０±１００±１５０４ｆＩ
《Ｈ｛典ｇⅢ）‘“∞Ｉ【１１１１１
＾Ｉ【镕《￥ｆＪ，Ｈｚ２０２０１０５２０２０２０２０
ＤｃＥ一／Ｖ１６００１６００１２００１６００１６００ｔ２００１６００１２００
ｕｃＥ∞ｔ＊ａ幸（ｄｖ／ｄｔ）／
７５５０２５２５７５７５５０５０
（ｉＶ佃）
长度Ⅳ姗１２４１４０５５５５１２４１６３２００】８６
宽度Ⅳｍｍ６６１００５５５５９９９３１２０９７
厚度Ｈ，咖１４２＂１１４１４１４２７２７２７
制遗工艺ＰＣＢＰｃＢＨｖ嘲ＨｙｂｒｉｄＰＣＢＰｃＢＰｃＢＰＣＢ
使用对象单管单管理管疆管疆管积管取管六管
是吾设置互锁时同舌否是是是是是是
是否用光纤输＾香是否甭否是是否
是否有短路软关断有有无无有有有无
其中：ＳＫＨＩ１０，１７用作单管驱动；ＳＫＨＩ２１，２２。
２３，２６，２７用作一个桥臂的双管驱动；ＳＫＨｌ６０，
电子政务信息平台６４Ｈ４用作三个桥臂的六管驱动。
下文以ＳＫＨｌ２１为例，结合在研制变频器中
成功的应用经验及最新的资料详细分析、介绍了２００１年３月
阻燃双面胶
ＳＫＨＩ模块驱动电路的技术特性以及使用方法。
２ＳＫＨｌ２１电路简介
fe光模块图１示出了ＳＫＨｌ２１的外部封装图；图２显KKS689
示了ＳＫＨｌ２１内部结构框图及部分外接元件。
ＳＫＨｌ２１电路管脚可分为输入和输出两部
分，左边为驱动电路的输人部分，右边为驱动电路
的输出部分。逻辑输入端采用施密特触发电路，
且有一个４７ｋ１＂】的对地下拉电阻．以提高抗干扰
性。输入／输出信号均与ＣＭＯＳ兼容，两输入端
ｕＩＮＩ、ｕｍ有延迟０．５９ｓ的前端滤波器，以抑制
随机噪音，防止误触发。
围ＩＳＫＨｌ２Ｉ的外部封装圈
圈２ＳＫＨｌ２１内部结构框图
图３显示了输入逻辑电路及典型的输入输出直通。延时长短可通过设定电阻月，。的大小来改渡形。
如图３所示，上下两路驱动输出之间有一变，控制电路不需再加死区。模块两路驱动输出互锁延时。这是通过两个与门和ＲＣ电路实现的互锁延时时问由下式决定：
的，最小死区时间为２．７ｐ．ｓ，防止桥式电路上下管打Ｄ＝２．７＋０．１３ＸＲｒｅ（１）
第１期裴雪军郭卫农康勇陈坚一种高性能的桥式驱动电路
式中ｆｒｎ单位为，ｍＲｒｏ单位为ｋＯ．ＲｒＤ最大不超过ｌＯＯｋ９１。输入和输出信号之间有一定的传导延时，导通传导延时为ｌ”ｓ，关断传导延时为１／ｘｓ，故障传导延时为１“ｓ。
（ｂ）
圈３输入逻辑电路及典型的输入输出波形
３ＳＫＨｌ２１电路功能介绍
３．１故障检测与保护
ＳＫＨｌ２１模块内部设有故障锁存器，当检测到一故障时，置位故障锁存器，缓慢关断ＩＧＢＴ，封锁输出脉冲。模块采用＋１５Ｖ单电源供电，内部设有欠压检测电路，当电源电压小于＋１３Ｖ时，
检测电路发出故障信号，拉低ＥＲＲＯＲ（＜０．７Ｖ），缓慢封锁驱动输出。仅当没有故障信号并且两输入均为零时，故障存储单元才被复位。
ＳＫＨｌ２１两种输出均有对ＩＧＢＴ集电极一射极压降监测的功能ｉｊ，开通时它的曲线为Ｕｃ。，另外有一参考ｕ。。。，动态曲线，如图４所示。当ＵｃＥ大于ｕ。Ｅ。ｆ时，输出信号被封锁。当某时刻１ＧＢＴ需要开通时，由于ＵⅢ内部被钳位为ＩＯＶ，小于ＵｃＥｍＩＧＢＴ开通，ｕｃＥｄ下降，下降到１０Ｖ时，基本上可认为ＩＧＢＴ已经开通，该段时间ｔ。。的计算见式（３）、（４），ｔｒａｉｎ用于控制ＩＧＢＴ的开通速度。ＵｃＥ的稳态监测值可通过调整电阻ＲｃＥ的大小设定（不超过ＩＯＶ），其值为：
Ｕ～ＣＥ。。：笔譬善（２一／ｍｔ２１丽■万：■‘
，１０×ＲｃＥ，¨。∞２ＬｃＥ而■面二‘）’
‰－ｒｃＥ×ｌｎ［鲁鼍］（４）式中ｒＣＥ为监测电路的充放电时间常数，Ｒｃｓ最小值为ｌＯｋｌ２，Ｃｃ￡最大值为２．７ｎＦ，这里推荐的典型值ＲｆＥ＝２４ｋ１２，ＣｃＥ＝３３０ｐＦ，ｆ…＝１．７５／Ｌｓ。
ＳＫＨｌ２１可对ＩＧＢＴ进行短路保护，当导通后某时刻发生短路时，ＩＧＢＴ管压降ＵｃＥ上升，大
于Ｕ。。。二极管ＤＩ或Ｄ２截止．过流保护电路动作，延迟１“ｓ后置位故障锁存器，把面丽拉低，缓慢封锁驱动输出，如图５所示、控制系统可引入该信号，进行双重保护。
１０Ｖ
￡，ｃＥ，ｔ．ｔ
ＵｃＥ，ｔｎ
图４典型的Ｕｃｔ监测曲线
圈５短路保护功能示意图
网络广告监测系统３．２隔离与输出驱动
ＳＫＨｌ２１内有两路ＤＣ／ＤＣ变换器，用作两路驱动的电源。为了调节ＩＧＢＴ的开通和关断速度，功率驱动输出是用ＭＯＳＦＥＴ实现的，ＭＯＳ－ＦＥＴ的源极与外部电阻相连接，输出与输出之间用脉冲变压器隔离，用于传导开通和关断信号，而且后级检测的故障信号通过变压器反向传导到酥
８
通信电源技术２００１年３月
障存储单元。模块输出的最大驱动电流为３．３Ａ，最大吸人电流为３．３Ａ。４
ＳＫＨｌ２１模块使用时应注意的问
题及实验结果
ＳＫＨｌ２１模块在使用时应注意以下几个问题：
（１）调节ＲｏＮ、ＲｏＦＦ用于匹配ＩＧＢＴ的开通和关断速度，阻值越大，开通和关断越慢，曰ｏＮ最小值为３．３ｎ，ＲｎＨ最小值为３．３１２。
（２）驱动输出与半导体器件的连线距离应尽量小．并采用双绞线。
（３）尽量去除电路的寄生电感，减小ＩＧＢＴ关断时的过电压，并且可在ｃ和Ｅ极间加ＲＣＤ缓冲电路。
（４）实际电源装置中，应把故障信号引入控制电路，封锁｜ＧＢＴ驱动信号。
（５）最大开关频率由下式决定：
，
一！些ｔ！！堂！兰！垡ｒＥ、ｏ…ＱＧＥ
…
其中，。ｌ＾ｕ…＝４０（ｍＡ），９ｃＥ为ＩＧＢＴ导通
时的栅极电荷。
实验中ＳＫＨｌ２Ｉ用于驱动如图６所示的半桥逆变器的ＩＧＢＴ模块，取得了较为满意的效果。其中：输入电压Ｅ＝３００Ｖ．Ｃ１＝Ｃ２＝１４００／ＭＦ，Ｌ＝ｌｍＨ，ｃ＝２０ｔｚＦ，输出电压峰值１００Ｖ，频率５０Ｈｚ。图７为驱动输入与输出波形，即ｕ…和ｕＧｌ的波形．上升沿延迟为传输延迟和死区时间之和，图８为上下两管的驱动波形，图９为半桥逆变器的输出波形。
ＳＫＨｌ２１模块驱动电路作为ＳＫＨＩ系列驱动模块中的一个，其基本特性和功能都是ＳＫＨＩ系列驱动模块所有的，如：
（１）与ＣＩＯＳ兼容的输入电平；（２）短路监测及其关断保护；（３）驱动电源的欠压监测；（４）原、副边采用脉冲变压器隔离；（５）故障封锁及输出信号监测Ａ；（６）内部自带电源，完全宴现隔离。
图７驱动输入与输出波形
固８上下两管驱动波形
漱
空调控制系统图９半桥逆变器输出波形
参考文献
１张立现代电力电子技术．北京：科学出版社，１９９２２张纯江等．带有负偏压的ＩＲ２１１０驱动器电力电子技术．２０００，３４（２）：４９～５０
３丁浩华等带过流和短路保护的Ｉ（；ＢＴ电动电路研究．电力电子技术１９９７，３Ｉ（Ｉ）：３０—３２
４李明．用于三相桥式电路的６００Ｖ驱动集成电路．电力电子技术１９９７，３１（１）：９１～９３
