Вперед и вверх! Драйвер для IGBT 65 класса от АО «Ангстрем»

АО «Ангстрем» пополнил свою продуктовую линейку драйверов IGBT самым высоковольтным и помехоустойчивым драйвером – ОДР 50/6500.

Близятся к завершению комплексные испытания самого высоковольтного и помехоустойчивого драйвера IGBT из выпускаемых АО «Ангстрем» – ОДР 50/6500, напряжение изоляции которого составляет 10,2 кВ, а высокая помехоустойчивость обеспечивается применением оптоволоконной линии управления. Это сочетание позволяет применять его в промышленных средах с большим уровнем индустриальных помех и высокими значениями коммутируемых IGBT мощностей.

Начиная с 2020 года АО «Ангстрем» приступил к производству драйверов управления током затвора IGBT на основе комплекта специализированных ИС драйверного ядра. Этому событию предшествовала разработка указанного комплекта в состав которого вошли две ИС - АМ2101 и АМ2114. В процессе разработки были сформулированы правила проектирования и на их основе создана библиотека типовых топологических элементов. При этом учитывались расширенные требования по устойчивости ИС к внешним воздействующим факторам, необходимые для реализации приемки «5». Перечень разработанных драйверов приведен в табл. 1.

Опыт, приобретенный в процессе разработки и производства драйверов на блокирующие напряжения IGBT от 600 до 1700 В, позволил разработать драйвер ОДР50/6500, рассчитанный на работу с блокирующими напряжениями IGBT в диапазоне от 3300 до 6500 В. Драйвер такого класса имеет повышенные требования к напряжению изоляции, величина которого достигает 10,2 кВ.

ОДР 50/6500 – одноканальное ядро драйвера IGBT

ОДР 50/6500 (Рис.1.) является полным аналогом драйверного ядра 1SC0450V2B0-65 фирмы «Power integrations» и совместим с ним «pin to pin». Основные параметры драйвера приведены в табл.2.

Рисунок 1. Внешний вид одноканального ядра драйвера IGBT ОДР 50/6500.

Назначение выводов драйвера приведено в табл.3.

Функциональная схема драйвера приведена на рис.2

Рисунок 2. Функциональная схема драйвера ОДР 50/6500. 

Как видно из функциональной схемы, особенностью применения ИС драйверного ядра в ОДР50/6500 является использование оптоволоконного способа передачи сигналов управления сразу во вторичную часть драйвера, что позволяет исключить ИС АМ2101 из этой цепи. При этом сигнал статуса SO фактически разделяется на два сигнала: первичной и вторичной стороны. Сигнал первичной стороны появляется при пониженном напряжении питания Vcc, а сигнал вторичной стороны – при коротком замыкании нагрузки. Кроме того на вторичной стороне драйвера используется ИС АМ2112, которая является модификацией ИС 2114, используемой при трансформаторном способе гальванической развязки сигналов управления.

При разработке топологии печатной платы драйвера использовались рекомендации по компоновке и использованию слоев печатной платы, приведенные в руководстве по применению ядер драйверов затвора «Application with SCALE™-2 and SCALE™-2+ Gate Driver Cores» AN-1101 фирмы Power integrations. Выполнение этих рекомендаций позволило избежать возникновения паразитной осцилляции как при работе DC/DC преобразователя, так и при формировании сигнала управления затвором IGBT.

Наиболее проблемной частью конструкции драйвера, как и ожидалось, явился трансформатор преобразователя DC/DC, т.к. именно он определяет напряжение изоляции в 10,2 кВ. Иллюстрацией к сказанному может послужить рентгенограмма трансформатора, используемого в драйвере 1SC0450V2B0-65, приведенная на рис.3.

Рис. 3. Рентгенограмма трансформатора преобразователя DC/DC

При отработке вариантов конструкции высоковольтного трансформатора использовался аппарат испытания диэлектриков «СКАТ-70МА» (рис.4) при испытательном напряжении 11 кВ переменного тока частотой 50 Гц в течение 60 сек. Испытания проводились в два этапа: 1-проверка трансформатора; 2- проверка драйвера целиком.

Рис.4. Аппарат испытания диэлектриков «СКАТ-70МА».

Кроме испытаний на величину напряжения изоляции для контроля тепловых режимов работы как трансформатора, так и драйвера в целом использовался тепловизор UTi260B. На рис.5 представлены термограммы температурного режима трансформаторов драйверов 1SC0450V2B0-65 и ОДР50/6500 при частоте входных сигналов 10 кГц и емкостной нагрузке 680нФ.

1SC0450V2B0-65

ОДР50/6500

Рис. 5. Теплограммы драйверов а) 1SC0450V2B0-65, б) ОДР50/6500.

Перед проведением параметрического контроля, как правило, проводится контроль функционирования. Для этого использовался стенд функционального контроля (рис.6). При разработке стенда использовалась оценочная плата 2EB0435T фирмы CONCEPT и специально спроектированный адаптер, позволяющий подключить драйвер ОДР50/6500 и элементы волоконно-оптической линии управления к этой плате.

Рис. 6.

Заключительным этапом процесса производства драйвера стал высокопроизводительный функционально-параметрический контроль на специализированном контрольно-измерительном оборудовании в цехе измерений. На рис.7 приведен драйвер, установленный в измерительную оснастку.

Рис. 7.

На рис.8. приведен скриншот результата работы измерительной программы.

Рис. 8.

Заключение

Драйвер ОДР50/6500 представляет собой драйверное ядро, на основе которого пользователь может создать любой из драйверов на блокирующие напряжения 3300, 4500 или 6500 Вольт в зависимости от элементов, входящих в состав адаптера. Рекомендации по составу элементов адаптера приведены в руководстве по применению.

На сегодняшний день АО «Ангстрем» готово предложить потребителям изделие, которое по совокупности характеристик не имеет конкурентов среди отечественных производителей аналогичной продукции.