這種方法提供了從控制輸入到驅(qū)動(dòng)器輸出的信號(hào)傳輸?shù)亩x低傳播時(shí)間，并避免了功率級(jí)這一重要部分的光耦合器典型老化效應(yīng)。
　　對(duì)于額定集電極電流通常不超過(guò) 50A 至 75A 的 1200V IGBT，HVIC 的使用相當(dāng)普遍，尤其是在智能功率模塊 （IPM） 中，而高于該電流水平時(shí)，仍然使用基于光耦合器的驅(qū)動(dòng)器級(jí)。本文介紹了一種新型 1200V 高壓集成電路，該電路M81748FP用于半橋驅(qū)動(dòng)器應(yīng)用，具有完整的高壓側(cè)和低壓側(cè)故障保護(hù)電路，旨在驅(qū)動(dòng)額定電流高達(dá) 150A （200A） 的 IGBT 功率模塊。顯然，簡(jiǎn)單地增加輸出驅(qū)動(dòng)器級(jí)不足以確保安全運(yùn)行，尤其是在短路情況下。推出的 HVIC （M81748FP） 及其六單元 （6in1） IGBT 模塊評(píng)估平臺(tái)用于證明即使在超過(guò) IGBT 規(guī)定的最大限制的情況下，無(wú)閂鎖的開(kāi)關(guān)作穩(wěn)健性。
　　1200V HVIC 簡(jiǎn)史
　　前幾代高 dV/dt 和 Vs 下沖免疫 1200V HVIC 通過(guò)連接到發(fā)射極側(cè)的分流電阻器促進(jìn)了低側(cè)故障保護(hù)。第一個(gè)版本 M81019FP 于 2005 年開(kāi)發(fā)，進(jìn)一步改進(jìn)的版本 M81738FP 于 2012 年發(fā)布。
　　新型 1200V HVIC （M81748FP） 基于短路 （SC） 條件下 IGBT 的去飽和檢測(cè)電路，開(kāi)發(fā)具有低側(cè)和高側(cè)故障保護(hù)。由于 2 合 1 或 6 合 1 IGBT 模塊的高側(cè)部分沒(méi)有分流電阻器，并且模塊的適用電流范圍應(yīng)增加到分流電阻器效率低下的范圍，因此需要更改 SC 檢測(cè)方法。
　　集成低側(cè)和高側(cè)的去飽和檢測(cè)電路將有助于對(duì) 6 合 1（6 件裝）模塊進(jìn)行 SC 保護(hù)。因此，增加的高側(cè)故障保護(hù)功能即使在接地故障條件下也能提供高可靠性運(yùn)行和高效保護(hù)。
　　在 HVIC 上實(shí)現(xiàn)高側(cè) SC 保護(hù)功能的核心技術(shù)是實(shí)現(xiàn)具有高壓電平轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的電動(dòng)浮動(dòng)高側(cè)島，在高壓區(qū)（高壓側(cè)）和低壓區(qū)（低壓側(cè)）之間傳輸信號(hào)。
　　利用分體式 RESURF 結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了從低側(cè)向高側(cè)傳輸信號(hào)的正向電平轉(zhuǎn)換功能，這是高側(cè)柵極驅(qū)動(dòng)必不可少的，稍后將對(duì)此進(jìn)行解釋。片上的結(jié)構(gòu)基于一個(gè)電平轉(zhuǎn)換器，該電平轉(zhuǎn)換器由高壓 Nch-MOS 和 HVIC 接收高壓浮動(dòng)部分的專(zhuān)用濾波器組成。對(duì)于從該高壓浮島返回控制接口電位所需的信息流，通過(guò)由高壓 Pch-MOS〔2〕和相應(yīng)的 N （GND） 電位接收電路組成的反向電平轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了將邏輯信號(hào)從高側(cè)浮島向下傳輸?shù)?N （GND） 電位的新功能。
　　正向和反向電平轉(zhuǎn)換 HVIC　　圖 1 顯示了 HVIC 的框圖?！癏IN”輸入信號(hào)通過(guò)電平轉(zhuǎn)換器傳輸?shù)捷敵觥癏O”，HDESAT 故障信號(hào)通過(guò)前面引入的反向電平轉(zhuǎn)換器傳輸?shù)健癋O”。

　　M81748FP框圖
　　圖 1.M81748FP框圖　　新型 HVIC 在其端子“HDESAT”和 L 側(cè)的端子“LDESAT”上分別檢測(cè)所連接 IGBT 的不飽和。這些端子與內(nèi)部故障邏輯相連，控制輸出端子 HO / LO 以及它們作用于故障輸出 （FO）。

　　圖 2 顯示了 IGBT 的 M81748FP 應(yīng)用電路。　　M81748FP應(yīng)用電路

　　圖 2.M81748FP應(yīng)用電路
　　在這個(gè)提議的應(yīng)用電路中，具有低反向恢復(fù)電荷和相應(yīng)的低反向恢復(fù)時(shí)間的高壓二極管連接在“DESAT”端子（二極管的陽(yáng)極）和 IGBT 的集電極端子之間。額外的尖峰濾波消隱電容器分別連接在“DESAT”端子和 VS 或 GND 端子之間，以提供抗噪能力。
　　具體來(lái)說(shuō)，該電路的工作原理如下：
　　當(dāng)高壓側(cè) IGBT 導(dǎo)通時(shí)，從相應(yīng) DESAT 端子提供的電流通過(guò)集電極-發(fā)射極路徑流向參考電位。DESAT 輸入端的電壓電平可以認(rèn)為很低。然而，在短路情況下，IGBT 被認(rèn)為是不飽和的，因此，由于集電極-發(fā)射極路徑被實(shí)施的二極管阻塞，來(lái)自“DESAT”端子的電流流入消隱電容器。一旦 DESAT 端子上的電壓超過(guò) HVIC 的內(nèi)部閾值電壓，就會(huì)檢測(cè)到去飽和情況，并立即在M81748FP內(nèi)啟動(dòng)軟關(guān)斷程序。因此，低側(cè) “LO” 和高側(cè) “HO” 的輸出驅(qū)動(dòng)器級(jí)相應(yīng)地被輕柔地關(guān)閉。這種異常的不飽和情況的指示是通過(guò)故障輸出端子“FO”變?yōu)榈碗娖讲⑾虔B加控制系統(tǒng)提供信息來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
　　短路和下沖電壓產(chǎn)生　　帶有指示寄生元件的半橋應(yīng)用電路的典型原理圖表明，在開(kāi)關(guān)作期間，例如，當(dāng) P 側(cè)晶體管 Q1 關(guān)斷時(shí)，電感負(fù)載會(huì)導(dǎo)致電流 （IFW） 繼續(xù)流動(dòng)。因此，由于電流 （IFW） 流過(guò)寄生電感 L3-L4 和 Q2 的 FWDi，因此瞬態(tài) Vs 減去下沖峰值將出現(xiàn)在 Vs 節(jié)點(diǎn)。這種動(dòng)態(tài)負(fù)“下沖”峰值電壓可能導(dǎo)致兩個(gè)問(wèn)題：在 HVIC 設(shè)計(jì)的穩(wěn)健性不足的情況下，HVIC 可能會(huì)被破壞，或者至少 - 不會(huì)立即對(duì) HVIC 造成破壞 - 錯(cuò)誤或無(wú)信號(hào)可以傳輸?shù)?HO 輸出。

　　圖 3.半橋應(yīng)用電路的典型接線圖
　　M81748FP確實(shí)對(duì)這種 VS 下沖電壓提供了高抗擾度。使用柵極電阻為 0 歐姆的六單元“6in1”100A /1200V 級(jí) IGBT 模塊“CM100TX-24S1”進(jìn)行了測(cè)試，同時(shí)記錄了端子“VS”處的電壓。盡管在此期間的電壓瞬時(shí)達(dá)到了低至 -129V 的水平，但無(wú)法觀察到該測(cè)試M81748FP器件的破壞或故障。　　IGBT 模塊關(guān)斷時(shí)的波形（條件：CM100TX-24S1、Ta=25°C、VS=900V、Rg=10ohm、VGE=15V）

　　圖 4.IGBT 模塊關(guān)斷時(shí)的波形（條件：CM100TX-24S1、Ta=25°C、VS=900V、Rg=10ohm、VGE=15V）
　　M81748FP HVIC 評(píng)估板
　　Mitsubishi Electric 提供了一個(gè)評(píng)估板，用于測(cè)試該M81748FP與 6 合 1 IGBT 模塊結(jié)合使用的性能和穩(wěn)健性。開(kāi)發(fā)的電路板帶有 3 個(gè)所述M81748FP 1200V HVIC 以及驅(qū)動(dòng) 100A 所需的外圍電路...150A 級(jí) 1200V 6 合 1 IGBT 模塊（CM100TX-24S1 或 CM150TX-24S1）。圖 5 顯示了評(píng)估板布局。
　　M81748FP 評(píng)估板布局（頂部）　　M81748FP 評(píng)估板布局

　　圖 5.M81748FP 評(píng)估板布局
　　結(jié)論
　　推出了具有高側(cè)和低側(cè)短路 （SC） 保護(hù)電路的 1200V/2A HVIC （M81748FP）。新集成的反向電平轉(zhuǎn)換器電路提供了 HVIC 功能的升級(jí)。HVIC 技術(shù)的穩(wěn)健性已得到證明，甚至超出了所用 IGBT 模塊的規(guī)格限制。