ADuM4135栅极驱动器与APTGT75A120 IGBT的结合使用
作者：martin murnane adi公司
简介 绝缘栅极双极性晶体管（igbt）是适用于高压应用的经济高效型解决方案，如车载充电器、非车载充电器、dc-dc快速充电器、开关模式电源（smps）应用。开关频率范围：直流至100 khz。igbt可以是单一器件，甚至是半桥器件，如为图1所示设计选择的。
本应用笔记所述设计中的aptgt75a120 igbt是快速沟槽器件，采用microsemi corporation®专有的视场光阑igbt技术。该igbt器件还具有低拖尾电流、高达20 khz的开关频率，以及由于对称设计，具有低杂散电感的软恢复并联二极管。选定igbt模块的高集成度可在高频率下提供最优性能，并具有较低的结至外壳热阻。
使用adi公司的栅极驱动技术驱动igbt。adum4135栅极驱动器是一款单通道器件，在》25 v的工作电压下（vdd至vss），典型驱动能力为7 a源电流和灌电流。该器件具有最小100 kv/μs的共模瞬变抗扰度（cmti）。adum4135可以提供高达30 v的正向电源，因此，±15 v电源足以满足此应用。
图1.adum4135栅极驱动器模块
测试设置 电气设置
系统测试电路的电气设置如图2所示。直流电压施加于半桥两端的输入，900 µf （c1）的解耦电容添加到输入级。输出级为200 µh （l1）和50 µf （c2）的电感电容（lc）滤波器级，对输出进行滤波，传送到2 ω至30 ω的负载（r1）。表1详述了测试设置功率器件。u1是用于hv+和hv−的直流电源，t1和t2是单个igbt模块。
完整电气设置如图3所示，表2详细列出了测试中使用的设备。
图2.系统测试电路的电气设置
表1.测试设置功率器件
表2.完整设置设备
图3.栅极驱动器配电板测试的连接图
测试结果 无负载测试
在无负载测试设置中，在模块输出端汲取低输出电流。在此应用中，使用一个30 ω的电阻。
表3显示无负载的电气测试设置的重要元件，且负载内的电流低。表4显示在模块上观察到的温度。表3和表4总结了所观察到的结果。图5至图10显示各种电压和开关频率上的开关波形的测试结果。
如表3中所示，测试1和测试2在600 v电压下执行。测试1在10 khz开关频率下执行，测试2在20 khz开关频率下执行。测试3在900 v电压下执行，开关频率为10 khz。
图4显示无负载测试的电气设置。
图4.无负载测试的电气设置
表3.无负载测试，对应插图
1 vdc是hv+和hv−电压。
2 iin表示通过u1的输入电流。
表4.无负载测试，温度总结1
1 所有温度都通过热摄像头记录。
2 从变压器测得。
开关igbt的性能图 此部分测试结果显示不同目标电压下的开关波形，其中fsw = 10 khz和20 khz。vds是漏极-源极电压，vgs是栅极-源极电压。
负载测试
测试配置类似于图2所示的测试设置。表5总结了观察到的结果，图11至图16显示各种电压、频率和负载下的测试性能和结果。
测试4在200 v、10 khz开关频率下执行，占空比为25%。测试5在600 v、10 khz开关频率下执行，占空比为25%。测试6在900 v、10 khz开关频率下执行，占空比为25%。
表5.负载测试
1 iout是负载电阻r1中的输出电流。
2 vout是r1两端的输出电压。
3 pout是输出功率（iout × vout）。
开关igbt的性能图和无负载测试
此部分测试结果显示fsw = 10 khz和20 khz的不同目标电压下的开关波形。
高电流测试
测试配置类似于图3中所示的物理设置。表6总结了观察到的结果，图17至图20显示各种电压、频率和负载下的测试性能和结果。
输出负载电阻视各个测试而异，如表1所示，其中2 ω到30 ω负载用于改变电流。测量vout，也就是r1两端的电压。
测试7在300 v、10 khz开关频率下执行，占空比为25%。测试8在400 v、10 khz开关频率下执行，占空比为25%。
表6.高电流测试
1 pin是输入电源（iin × vin），其中vin是直流电源电压。
开关igbt的性能图和负载测试 此部分测试结果显示fsw = 10 khz和20 khz的不同目标电压下的开关波形。
去饱和测试
系统测试电路的电气设置如图21所示。直流电压施加于半桥两端的输入，900 µf的解耦电容添加到输入级。此设置用于测试去饱和检测。在此应用中，最大ic = 150 a，其中ic是通过t1和t2的电流。
高端开关igbt （t1）被83 μh的电感旁路，t1开关必须关闭。
低端开关igbt （t2）每500 ms被驱动50 μs。
表7详细列出了去饱和测试设置的功率器件。
图22显示电感l1中电流135 a时的开关动作，图23显示电感l1中电流139 a时的去饱和检测。
表7.功率器件去饱和测试的测试设置
图21.系统测试电路的电气设置
应用原理图
图24.adum4135栅极驱动器板原理图
结论
adum4135栅极驱动器具有优异的电流驱动能力，合适的电源范围，还有100 kv/µs的强大cmti能力，在驱动igbt时提供优良的性能。
本应用笔记中的测试结果提供的数据表明，adum4135评估板是驱动igbt的高压应用的解决方案。
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本应用笔记所述设计中的aptgt75a120 igbt是快速沟槽器件，采用microsemi corporation®专有的视场光阑igbt技术。该igbt器件还具有低拖尾电流、高达20 khz的开关频率，以及由于对称设计，具有低杂散电感的软恢复并联二极管。选定igbt模块的高集成度可在高频率下提供最优性能，并具有较低的结至外壳热阻。
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测试设置 电气设置
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完整电气设置如图3所示，表2详细列出了测试中使用的设备。
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图4显示无负载测试的电气设置。
图4.无负载测试的电气设置
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1 vdc是hv+和hv−电压。
2 iin表示通过u1的输入电流。
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