5 절연 게이트 드라이버

TI 게이트 드라이버 절연 – 최대 5.7kV_RMS – 감전 사고로부터 보호하는 동시에 더 높은 작동 전압, 더 넓은 연면 및 클리어런스로 시스템 안정성 향상을 제공합니다. 두 가지 주요 절연 게이트 드라이버 제품군인 스마트 드라이버 UCC21750-Q1 제품군과 안전 드라이버 UCC5870-Q1 제품군이 있습니다. UCC21750-Q1 제품군은 빠른 과전류 및 단락 감지, 션트 전류 감지 지원, 고장 보고, 능동 밀러 클램프, 입력 및 출력 측 전원 공급 부족 전압 잠금 감지와 같은 트랙션 인버터의 전력 모듈을 위한 보호 기능을 포함하고 있습니다. 절연된 아날로그-PWM 센서는 더 쉬운 온도 또는 전압 감지를 지원합니다.

UCC5870-Q1 드라이버 제품군에는 다음 기능이 포함되어 있습니다.

• 기능 안전 준수, 절연, 단일 채널 게이트 드라이버, 최대 1kV_RMS 작동 전압 및 40년 이상의 절연 장벽 수명 지원, 낮은 부품 간 스큐 및 >100V/ns 공통 모드 잡음 내성(CMTI) 제공
• 전력 스위칭 손실을 최소화하고 드라이브 회로의 버퍼 회로를 제거하므로 비용을 절감할 수 있는 높은 30A 피크 구동 강도를 제공합니다.
• 전원 모듈의 온도를 모니터링하고 특정 온도 제한까지 작동할 수 있도록 하는 온도 센서로 광범위한 작동 범위를 지원합니다
• 밀러 클램프가 있어 오회전을 방지하고 효율성 목표를 달성하기 위해 필요한 만큼 신속하게 스위치를 스위칭할 수 있습니다

그림 5-1 및 그림 5-2은 다음 테스트 조건에서 UCC5870-Q1의 30A 드라이브 강도와 경쟁 디바이스를 표시합니다.

• Vcc2 – Vee2 = 23V
• R_gon = R_goff = 0Ω
• 부하 커패시턴스 = 1µF

트랙션 인버터 효율성을 개선하고 EMI를 줄이는 한 가지 방법은 회전율을 제어하기 위해 게이트 드라이브 출력을 조정하여 온도, 부하 및 전압과 같은 다양한 조건에서 스위칭 속도를 변경하는 것입니다. 예를 들어 배터리 전압을 낮출 때 과도 전압(dv/dt)은 자연적으로 작으며 게이트 드라이브 출력을 조정하여 스위치를 더 빠르게 전환할 수 있습니다.

그림 5-3 및 그림 5-4는 UCC5870-Q1에 기반을 둔 조정 가능한 게이트 드라이브 구현을 보여줍니다. 그림 5-3은 설계 다이어그램을 보여주며 그림 5-4은 Company WolfSpeed의 XM3 하프 브리지 전원 모듈 제품군에 연결된 설계 보드를 보여줍니다.

그림 5-5 및 그림 5-6는 이중 펄스 테스트 파형을 보여줍니다. 상승 에지의 평균 스위칭 dv/dt 속도는 4.6kV/µs에서 21kV/µs로 증가했습니다. 하강 에지의 평균 스위칭 dv/dt 속도는 3.8kV/µs에서 13.5kV/µs로 증가했습니다.

다음 두 이미지 모두 800V 버스에서 이중 펄스 테스트 파형으로 수집되었습니다.

표 5-1은 400V 버스 전압에서 약한 구동(5.5Ω 게이트 저항)와 강한 구동 전류(0.5Ω 게이트 저항)의 스위칭 에너지 비교를 보여줍니다.

표 5-2는 800V 버스 전압 미만의 약한 드라이브와 강한 드라이브 전류 사이의 스위칭 에너지를 비교한 것입니다.