1200V或更高电压等级的电力电子系统要求PWM和IGBT状态信号的传输是完全隔离的。为了实现包括传感信号在内的所有信号的精密和重复传输,开发了全数字化驱动器核心解决方案,以驱动和控制IGBT功率半导体器件。

　　电子驱动电路的主要目的是驱动功率晶体管。在静态运行条件下,IGBT需要无栅极驱动电流,因为它是受电压控制的。然而,由于栅极输入电容大,在导通和关断时会产生有短脉冲的栅极驱动电流。该脉冲序列是根据来自监控单元的信号而产生的。除了这个功能,驱动器还必须为控制系统和功率半导体器件之间的数据传输提供电气隔离(例如,采用光学、电磁等方法)。通过调整开关时间,驱动器影响功率半导体器件的开关损耗并提高系统的整体效率。

　　1 信号隔离

　　在系统运行时,控制系统元件(μC、DSP等)工作在3.3V和5V之间。基于这个原因,电压信号隔离必须对噪声不太敏感。噪声信号可通过用于隔离高压电路的器件内部电容耦合到达控制系统,并可能对其产生干扰。

　　对于中压和高压应用中的电压隔离来说,最重要的要求是隔离电压高以及足够的du/dt强度。可通过将原边和副边的耦合电容减小到几皮法来提高du/dt强度。这将最大限度地减少开关过程中由位移电流所导致的信号传输干扰。在逆变器中,IGBT的快速开关导致电压的变化变陡(du/dt大),而信号变压器是最能满足这些要求的。

　　2 边缘触发信号传输

　　先进的信号变压器可以对开关和状态信号进行边缘触发信号传输。在这种类型的传输中,驱动器电路的原边由强阻尼串联谐振电路产生一个脉冲,该脉冲被边缘存储器检测到。高脉冲电压和慢速脉冲检测确保了传输的可靠性。

　　这种技术只能用来传输交替开关的脉冲,但不能连续地传输两串信号,即重复的脉冲。一旦一个脉冲被传输,必须等待一个特定的时间(恢复时间)后才能在相反的方向传输另一个脉冲。

　　3 基于数字的信号传输

　　此项开发中最重要的部分是研发先进的信号处理技术,此技术不会带来与温度依赖性或老化影响相关的问题,并且不依赖于设备的参数。

　　开发所使用的技术是基于数字化的信号传输。此项技术背后的基本原理是:由内部数字存储器(FPGA)产生脉冲,这些脉冲具有确定的长度和形状,并且几乎与元件的参数无关。此外,这些脉冲被差分地评估。