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一种专为IGBT和MOSFET设计的驱动器 唐 杰 唐雄明 孟志强 摘要：介绍了一种专为IGBT和功率MOSFET设计的电力电子驱动器件——SCALE集成驱动器的性能特点和内部结构 ，给出了SCALE集成驱动器在中频臭氧发生器电源中的应用电路。 关键词：驱动电路；IGBT；功率MOSFET；中频电源；臭氧发生器 电力电子器件的驱动电路是电力电子主电路与控制电路之间的接口，是电力电子装置的重要环节，对整个装置的性能有很大的影响。采用性能良好的驱动电路可使电力电子器件工作在比较理想的开关状态，同时可缩短开关时间，减少开关损耗，这对装置的运行效率、可靠性和安全性都有重要的意义。 驱动电路的常用形式是由分立元件构成的驱动电路，但目前的趋势是采用专用的集成驱动电路。SCALE集成驱动器就是由瑞士CONCEPT公司生产的、专为IGBT和电力MOSFET提供驱动的电路。它具有多功能、低成本、易使用、可靠性好等特点。根据实际应用中对驱动性能、驱动输出通道数目、隔离等不同要求，SCALE集成驱动器具有相应的不同型号因而可满足不同的需求。 由于各种不同型号的SCALE集成驱动器在功能、结构和使用方法上大同小异，故本文不针对某种具体型号的SCALE器件作叙述，而是对整个系列的SCALE器件的共性进行论述，以便使读者对SCALE器件有一个整体的认识，在应用时再根据具体的需要选择具体型号的SCALE芯片。本文首先介绍SCALE集成驱动器的性能特点和内部结构；然后介绍它在中频DBD型臭氧发生器电源中的应用，并给出了实验波形。 1 SCALE的性能特点及内部结构 1.1 SCALE驱动器的性能特点 SCALE器件提供的驱动电流可达18A，输出驱动信号的导通电平为＋15V，关断电平为－15V；开关频率范围为0～100kHz；具有500V～10kV的电气隔离特性；占空比为0～100％。同时,这种器件内部还带有短路和过流保护电路、隔离的状态识别电路、电源检测电路和DC/DC开关电源。 1.2 SCALE驱动器的内部结构 SCALE器件的内部结构如图1所示（两通道）。 由图可见驱动器由三个功能单元组成。 第一个功能单元是逻辑与驱动电路接口（LDI），用于驱动两个通道。当加在输入端InA和InB的PWM信号经过处理后，其驱动信息被分别送到每个驱动通道的脉冲变压器。由于变压器不易传输频率范围和占空比都比较宽的PWM信号，因此，LDI主要用来解决这个问题。LDI的主要功能如下： （1） 为用户提供一个简单的接口。它的两个信号输入端都有施密特触发电路； （2） 提供简单的逻辑电源接口； （3） 在半桥方式中产生死区时间； （4） 对PWM信号进行编码，以便通过脉冲变压器传输； （5） 评估脉码状态识别信号及随后的缓冲，以便为用户提供一个准静态的识别信号。 SCALE驱动器可与任何逻辑接口和电平兼容，无须附加其它电路。脉冲变压器负责驱动信号的隔离，同时可将来自每个通道的信息反馈给LDI。 第二个功能单元是智能门极驱动器（IGD）。对应于每个驱动通道都有一个IGD。其主要功能如下： （1）接受来自脉冲变压器的脉码信号，并将其复原成PWM信号； （2）对PWM信号进行放大，并驱动功率管； （3）对功率器件进行短路及过流保护； （4）欠压监测； （5）产生响应和关断时间； （6）传输状态识别信号给LDI。 第三个功能单元是集成DC/DC电源。所有标准的SCALE驱动器都有一个DC/DC变换器，以便为各个驱动通道提供工作电源。因此，该驱动器只需一个稳定的15V直流电源。 2　SCALE驱动器的应用 SCALE集成驱动器是专为IGBT和电力MOSFET而设计的驱动器，可应用于多种电力电子装置或设备。在应用SCALE驱动器时，应首先考虑以下三个问题：第一是工作方式的选择；第二是驱动器工作电平和门限电阻Rth的确定；第三是故障状态信号与控制电路的接口。 2.1 工作方式的选择 SCALE驱动器有两种工作方式：直接和半桥方式。直接方式的连线图如图2所示。该方式下，MOD输入端接VCC，RC1和RC2接地，PWM信号同时接INA和INB， SO1和SO2引出两个状态反馈信号。 当驱动器工作在直接方式时，驱动器的驱动通道之间没有联系，两个通道总是同时被驱动。死区时间由控制电路确定。半桥方式的连线图如图3所示。在该方式下，MOD输入端接地，INA输入PWM信号，INB输入使能信号。由于两个状态输出端SO1和SO2接在一起，所以两个驱动通道输出同一故障信号。死区时间由RC1和RC2的外接电路来确定。 2.2 逻辑电平的确定及Rth的计算 该逻辑电平可由驱动器的VL/Reset输入端来确定。VL/Reset端的电压值决定了输入InA和InB施密特触发器的触发上限电平为2VL/3，下限触发电平为V