IGBT-Treiberschaltungen

Der richtige Kurzschlussschutz erhöht die Sicherheit von Invertern

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Schneller Überstromschutz gegen Lastfehler

Die Überstromschutzauslösung durch Lastfehler funktioniert beim Koppler TLP5214 durch Überwachung der IGBT-Spannung Vce am DESAT-Anschluss über die externe Diode DDESAT (Bild 6). Die Entsättigung wird erkannt, wenn VCE(sat) über 6,5 V steigt.

Der Baustein TLP5214 erzeugt dann ein Abschaltsignal an Vout, um den IGBT zu schützen. Gleichzeitig wird über den integrieren 1-Mbps-Optokoppler ein Fehlersignal an den Host-Controller zurückgesendet. Zu beachten ist, dass der TLP5214 die Vout-Abschaltung automatisch (ohne Host-Intervention) in weniger als 700 ns auslöst. Damit steht ein wesentlich schnellerer Schutz bereit als bei einem herkömmlichen isolierten Gate-Treiber.

TLP5214 verfügt über eine integrierte aktive Miller-Klemme, die externe Clamping-Bausteine erübrigt (Bild 6). Der Klemmenanschluss VCLAMP ist mit dem Gate des IGBT verbunden. Schaltet der Optokoppler-Ausgang von High auf Low, fällt die Gate-Spannung unter 3 V und der MOSFET zwischen VCLAMP- und VEE-Anschluss schaltet sich ein. Damit wird die Gate-Emitter-Spannung VEE gehalten, wobei der Miller-Strom über den VCLAMP-Anschluss zum Emitter umgeleitet wird.

Der Spannungsanstieg am Gate wird unterdrückt, ein Einschalten des unteren IGBT wird verhindert und eine Beschädigung durch Shoot-Through-Ströme vermieden. Zusätzlich zu der integrierten Entsättigungserkennung, aktiven Miller-Klemme und einem sanften Abschalten des IGBT bietet der TLP5214 auch eine Abschaltung bei Unterspannung (UVLO; Undervoltage Lockout) und somit zusätzlichen Fehlerschutz.

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Der Baustein basiert auf zwei GaAlAs-Infrarot-LEDs und zwei schnellen ICs mit hoher Verstärkung. Er wird im SO16L-Gehäuse ausgeliefert, das eine Kriechstrecke von mindestens 8 mm bietet und somit Anwendungen unterstützt, die hohe Anforderungen an die Isolation stellen.

Ausblick und Nutzen für die Anwendung

In immer mehr Anwendungen im mittleren Leistungsbereich sind effizientere Treiber für Wechselrichter gefordert. Neue intelligente Treiber bieten Isolation und Schutz, vereinfachen das Design und verringern die Baugröße des Gesamtsystems. Eine sorgfältige Integration ist entscheidend, damit diese Treiber die Isolationsfunktion sowie schnell wirksame Schutzfunktionen in einem kompakten Standardgehäuse bieten können, dass auch die Anforderungen hinsichtlich der Kriech- und Luftstrecke erfüllt.

Das Optokoppler-Portfolio von Toshiba enthält eine umfangreiche Produktlinie von IGBT-Gate-Treibern, die von Typen mit Überstromschutz bis zu konventionellen Treibern mit 6 A Ausgangsstrom reicht.

* Matthias Diephaus ist Senior Manager Discrete Marketing bei Toshiba Electronics Europe, Düsseldorf.

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