新型電機(jī)驅(qū)動(dòng)器EB01

1 主要特點(diǎn)

EB01是APEX公司推出的一種新型電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，它內(nèi)含三個(gè)獨(dú)立的帶驅(qū)動(dòng)器的IGBT半橋，該驅(qū)動(dòng)器很容易和CMOS或HCMOS邏輯電平接口，非常適合于基于數(shù)字或DSP控制的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。其主要特點(diǎn)如下：

●兼容PWM的頻率高達(dá)30kHz；

●電機(jī)電壓控制范圍為50～500V；

●連續(xù)輸出電流為20A；

●具有HCMOS兼容的施密特觸發(fā)邏輯輸入；

●對(duì)于負(fù)電流傳感，設(shè)有獨(dú)立的發(fā)射極輸出；

●帶有休眠模式；

●具有很寬的門(mén)驅(qū)動(dòng)電壓及邏輯電源電壓。

EB01主要用于數(shù)字控制的大功率電路。如有刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)的三軸向位移、三相無(wú)刷直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)、三相交流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)以及三相步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)等。

2 引腳說(shuō)明及器件參數(shù)

2.1 引腳說(shuō)明

圖1所示是EB01電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳排列。各引腳的功能說(shuō)明如表1所列。

表1 引腳（信號(hào)）功能

2.2 參數(shù)

EB01的主要參數(shù)如下：

●高電源電壓HV：50～500V；

●輸出電流：脈沖電流為28A；

連續(xù)電流為20A；

●驅(qū)動(dòng)電源電壓VDD：10～20V；

邏輯電源電壓Vdd：4.5～20V；

●邏輯輸入電壓：-0.3～+0.3V；

●內(nèi)部功耗：179W；

●管殼熱阻：2.1℃/W；

●焊接溫度（10s）：300℃；

●結(jié)點(diǎn)溫度：150℃；

●貯存溫度范圍：-65～150℃；

●工作溫度范圍為：-25～85℃。

3 設(shè)計(jì)說(shuō)明

3.1 輸入

EB01的每個(gè)邏輯電平輸入分別用于控制各自半橋的IGBT，高電平時(shí)打開(kāi)IBGT，低電平時(shí)關(guān)斷IGBT。當(dāng)EB01的SD端為高電平時(shí)，將關(guān)斷所有的IGBT。

EB01的所有輸入均為施密特觸發(fā)電路，高閾值為2Vdd/3。由于邏輯電路和EB01的VDD是相同的，因此，EB01和CMOS或HCMOS的接口非常方便。

如果在TTL電路的邏輯電源上加一上位電阻，也可用來(lái)驅(qū)動(dòng)EB01，這樣，EB01的Vdd和TTL門(mén)電路的邏輯電源也是一致的。所有輸入端的輸入阻抗均為50kΩ，因此，如果一個(gè)輸入開(kāi)路，那么將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)很高的射頻噪音并打開(kāi)一個(gè)IGBT。

3.2 輸出

EB01的每一部分輸出均由一個(gè)并關(guān)模式的IGBT半橋組成，以對(duì)每一部分提供獨(dú)立的HV電源、發(fā)射極和HV地線(xiàn)。

IGBT的額定電流日20A。飽和電壓日2.7V。

每個(gè)IGBT都反向并聯(lián)一個(gè)高速二極管。在用于開(kāi)、關(guān)感性負(fù)載時(shí)，這個(gè)二極管會(huì)導(dǎo)通，電流為20A時(shí)，其導(dǎo)通壓降為2.7V。

3.3 接地和旁路

在任何大功率的PWM系統(tǒng)中，接地和旁路都是非常重要的。由于EB01在100ns的上升和下降時(shí)間里可產(chǎn)生20kW的脈沖，因此，不正確的接地和旁路會(huì)引起嚴(yán)重的傳導(dǎo)和輻射電磁干擾。

為了減小傳導(dǎo)EMI，EB01提供了獨(dú)立的電源地，名稱(chēng)為HVRTH。它和邏輯地互相隔離，這種隔離消除了大電流回路地。但是，在地線(xiàn)間高于5V的偏置電壓會(huì)破壞EB01的正常工作。因此，設(shè)計(jì)時(shí)不可在邏輯地和電源地之間連接背對(duì)背的大電流二極管。這不僅可實(shí)現(xiàn)地線(xiàn)間的距離，同時(shí)也可使偏置電壓保持在安全范圍內(nèi)。另外，系統(tǒng)中所有地均應(yīng)在一點(diǎn)連接。

為了減小輻射EMI，可在HV和HVRTV間接一個(gè)400μF或更大的電容。這個(gè)電容應(yīng)是具有ESR的高頻高解電容，頻率應(yīng)高達(dá)20kHz，并應(yīng)盡可能靠近EB01安裝。同時(shí)，還應(yīng)用一個(gè)低ESR的1μF或更大點(diǎn)的陶瓷電容旁路。

為了減小輻射噪音，必須減小回路高頻電流的面積，因此應(yīng)在每個(gè)HV和HVRTN間旁路一個(gè)1μF的陶瓷電路。

3.4 短路保護(hù)

IGBT的打開(kāi)延時(shí)很短中，關(guān)斷延時(shí)卻很長(zhǎng)。與別的半導(dǎo)體器件不同的是，它的關(guān)斷延時(shí)不能通過(guò)電路的設(shè)計(jì)而改善。因此，如果打開(kāi)半橋電路的一個(gè)IGBT輸入，同時(shí)關(guān)斷此半橋的另一個(gè)IGBT，那么，就會(huì)有一段時(shí)間差，此時(shí)如果兩個(gè)IGBT均打開(kāi)就會(huì)短路掉IGBT電源，這將引起很高的功耗和電磁干擾。為了避免這種干擾，在打開(kāi)一個(gè)IGBT時(shí)就必須延長(zhǎng)至另一個(gè)IGBT被關(guān)斷后。EB01至少需要1.5μs的延遲。也就是說(shuō)，相同半橋的Hin被打開(kāi)必須位于Lin被關(guān)斷延時(shí)1.5μs之后。

3.5 SD端的使用

由于FB01在SD端為邏輯“1”時(shí)將關(guān)斷所有的IGBT，因此利用這個(gè)輸入端可在設(shè)計(jì)溫度傳感或電流傳感電路時(shí)，使其在檢測(cè)到不安全的因素及在正常輸入邏輯或DSP編程出錯(cuò)時(shí)關(guān)斷IGBT。

3.6 起動(dòng)

由于相同的邏輯輸入必須是在SD端變低1μs后才有效。因此，為了打開(kāi)IGBT，應(yīng)在高邊的IGBT被打開(kāi)前，先打開(kāi)相同半橋低邊的IGBT至少2μs以給自舉電容充電。但是，如果輸出通過(guò)負(fù)載接地，那么，正電源端的IGBT在打開(kāi)時(shí)應(yīng)無(wú)需首先打開(kāi)負(fù)電源端的IGBT。

3.7 散熱

EB01必須安裝足夠的散熱器以耗散掉179W的功率，從而保持25℃的管殼溫度，以使EB01的三部分以最大電流正常工作在500V、20A、30kHz的情況下。EB01的功耗主要由傳導(dǎo)功耗（每半橋54W）和開(kāi)關(guān)功耗（每半橋4W）所組成。傳導(dǎo)功耗和Iout成正比；開(kāi)關(guān)功耗和HV電源電壓以及開(kāi)關(guān)頻率成正比。