一种驱动模块集成保护单元的分析与应用

郑强

（第七一五研究所，杭州，310023）

一种驱动模块集成保护单元的分析与应用

郑强

（第七一五研究所，杭州，310023）

分析了集成驱动器2SD106AI保护单元的工作原理。在实际应用中，介绍了多种参数下电路的工作性能，结合具体的应用场合给出了最佳的电路参数。

驱动器；过流保护；保护门限

逆变电路的传统过流保护是通过霍尔器件采样直流输入端电流，判断电流值的大小实施过流保护。这种方法受霍尔器件频率范围及采样电流尖峰脉冲的影响，其应用范围受限。驱动器2SD106AI内部集成了过流保护的功能，通过采样流过功率管集电极的电流，计算功率管导通压降，完成功放电路过流保护功能。驱动器集成度高，设计灵活，可靠性高，在现代工业控制领域应用及其广泛。

1 工作原理

1.1 保护信号产生原理

保护电路由驱动器2SD106AI内部的IGD001模块、外围二极管、电阻等电路组成，电路简图如图1所示[1]。

图1 2SD106AI保护电路简图

IGD001为2SD106AI内部一片集成智能栅极驱动模块，主要完成驱动信号的传输放大、过流保护、保护锁定时间、状态信息采集、电源检测等功能。图中D1为比较器；D2、D3为电流源；V3为主功率器件IGBT；V1、V2为具有高反向击穿耐压的二极管，保护驱动器的Cx管脚免受功率管V3关断时集电极高压的冲击；RGx为栅极电阻；Rth1为保护门限电阻。

驱动器过流保护信号产生原理简述如下：当IGBT开始关断时，measuring迅速输出电流导致三极管D4开通，Ca电容通过三极管与工作地构成回路放电，不产生保护信号；此时比较器正极被强制拉地，当IGBT开始导通时，measuring不输出，三极管D4截止。1.4 mA电流源向Ca电容充电，Ca电容通过V1、V2两个二极管及V3到EX端构成回路，此时比较器的正极电压即IGD001模块的4脚电压等于Rm、V1、V2两端电压加上功率管V3的饱和压降：

比较器的负极即IGD001模块的5脚电压为保护阀值电阻Rth1两端电压。

电路正常工作时，V4pin〈V5pin，比较器输出低电平；当电路过流时，Vce增大，导致V4pin增大，当V4pin〉V5pin时，比较器输出高电平，驱动器SO1、SO2脚送出保护信号，保护锁定时间功能开启，并在锁定时间内使驱动器锁定功率管V3，而不再输出驱动信号。

1.2 保护信号处理

驱动器SO1、SO2脚送出的保护信号是一个脉宽为1 μs左右的负脉冲信号，需要对其进行整形、拓宽处理以方便工程使用。通过上拉一个电阻到电源，下拉一个电容并联电阻的电路对保护信号预整形，再通过单稳态触发器CD4098BF3A对其进行拓宽，将其脉宽展宽至10 s左右。将此信号和驱动信号相与可在硬件上实现过流保护发生时关断驱动信号、保护电路的目的。将此信号送至CPU，CPU可据此判断功放电路故障，关断信号，从而在软件上实现保护电路的目的。电路简图如图2所示。

图2 脉冲拓宽电路

2 工程应用

由上述原理可知，Rth1的值可根据V4pin〉V5pin选取，即要满足2.25 V+Vce〉Rth1×0.15 mA的要求，器件手册给出了22～67 kΩ的取值范围[1]。在声呐发射机应用中情况更加复杂。换能器作为声呐发射机的负载，其电容特性易引起电流突变，等效阻抗易受水温、互辐射等因素的影响而显著变化。故在声呐发射机的应用中Rth1的取值要偏大一些，一般在22～80 kΩ之间，这样可以有效防止正常工作时驱动器误保护，提高电路工作可靠性。

为摸索在具体应用中保护门限电阻Rth1的取值规律，选取声呐发射机作为实验平台。试验条件：直流输入电压，266 V；发射信号频率，调频3.8～5.2 kHz；负载560 Ω电阻。试验内容为测量电路分别在正常工作和负载短路时IGD001的4脚和5脚电压V4pin、V5pin等参数。用示波器观察保护阀值电阻Rth1为53.6 kΩ、68 kΩ、75 kΩ时正常工作和负载短路时IGD001模块的4脚和5脚电压，结果如表1所示。

表1 各种情况下IGD001模块的4脚和5脚电压

3 结论

分析表1可看出，保护阀值电阻Rth1取53.6 kΩ和68 kΩ时，V4pin〉V5pin，电路保护；保护阀值电阻Rth1取75 kΩ时，V4pin〈V5pin，电路无法保护。实验结果符合1.1节中的分析理论，可以看出上述电路中Rth1选取68 kΩ比较合适。当负载由单路的电阻换成声呐换能器基阵后上述情况会发生变化。声呐换能器等效阻抗易受水温、互辐射等因素的影响而显著变化，此时容易发生正常工作时发射机误保护的现象。适当增加保护阀值电阻Rth1取值，其值取在68 ～75 kΩ之间较为合适。

[1]CT-Concept Technologiy Ltd.DUAL SCALE Driver 2SD106AI-17 datasheet[Z].2000.