這種方法提供了從控制輸入到驅(qū)動器輸出的信號傳輸?shù)亩x低傳播時間，并避免了功率級這一重要部分的光耦合器典型老化效應(yīng)。
　　對于額定集電極電流通常不超過 50A 至 75A 的 1200V IGBT，HVIC 的使用相當普遍，尤其是在智能功率模塊 （IPM） 中，而高于該電流水平時，仍然使用基于光耦合器的驅(qū)動器級。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)動器應(yīng)用，具有完整的高壓側(cè)和低壓側(cè)故障保護電路，旨在驅(qū)動額定電流高達 150A （200A） 的 IGBT 功率模塊。顯然，簡單地增加輸出驅(qū)動器級不足以確保安全運行，尤其是在短路情況下。推出的 HVIC （M81748FP） 及其六單元 （6in1） IGBT 模塊評估平臺用于證明即使在超過 IGBT 規(guī)定的最大限制的情況下，無閂鎖的開關(guān)作穩(wěn)健性。
　　1200V HVIC 簡史
　　前幾代高 dV/dt 和 Vs 下沖免疫 1200V HVIC 通過連接到發(fā)射極側(cè)的分流電阻器促進了低側(cè)故障保護。第一個版本 M81019FP 于 2005 年開發(fā)，進一步改進的版本 M81738FP 于 2012 年發(fā)布。
　　新型 1200V HVIC （M81748FP） 基于短路 （SC） 條件下 IGBT 的去飽和檢測電路，開發(fā)具有低側(cè)和高側(cè)故障保護。由于 2 合 1 或 6 合 1 IGBT 模塊的高側(cè)部分沒有分流電阻器，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 檢測方法。
　　集成低側(cè)和高側(cè)的去飽和檢測電路將有助于對 6 合 1（6 件裝）模塊進行 SC 保護。因此，增加的高側(cè)故障保護功能即使在接地故障條件下也能提供高可靠性運行和高效保護。
　　在 HVIC 上實現(xiàn)高側(cè) SC 保護功能的核心技術(shù)是實現(xiàn)具有高壓電平轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的電動浮動高側(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。
　　利用分體式 RESURF 結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了從低側(cè)向高側(cè)傳輸信號的正向電平轉(zhuǎn)換功能，這是高側(cè)柵極驅(qū)動必不可少的，稍后將對此進行解釋。片上的結(jié)構(gòu)基于一個電平轉(zhuǎn)換器，該電平轉(zhuǎn)換器由高壓 Nch-MOS 和 HVIC 接收高壓浮動部分的專用濾波器組成。對于從該高壓浮島返回控制接口電位所需的信息流，通過由高壓 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)，實現(xiàn)了將邏輯信號從高側(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”輸入信號通過電平轉(zhuǎn)換器傳輸?shù)捷敵觥癏O”，HDESAT 故障信號通過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?！　81748FP應(yīng)用電路

　　圖 2.M81748FP應(yīng)用電路
　　在這個提議的應(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)時間的高壓二極管連接在“DESAT”端子（二極管的陽極）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。
　　具體來說，該電路的工作原理如下：
　　當高壓側(cè) IGBT 導(dǎo)通時，從相應(yīng) DESAT 端子提供的電流通過集電極-發(fā)射極路徑流向參考電位。DESAT 輸入端的電壓電平可以認為很低。然而，在短路情況下，IGBT 被認為是不飽和的，因此，由于集電極-發(fā)射極路徑被實施的二極管阻塞，來自“DESAT”端子的電流流入消隱電容器。一旦 DESAT 端子上的電壓超過 HVIC 的內(nèi)部閾值電壓，就會檢測到去飽和情況，并立即在M81748FP內(nèi)啟動軟關(guān)斷程序。因此，低側(cè) “LO” 和高側(cè) “HO” 的輸出驅(qū)動器級相應(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)提供信息來實現(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，在開關(guān)作期間，例如，當 P 側(cè)晶體管 Q1 關(guān)斷時，電感負載會導(dǎo)致電流 （IFW） 繼續(xù)流動。因此，由于電流 （IFW） 流過寄生電感 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。這種動態(tài)負“下沖”峰值電壓可能導(dǎo)致兩個問題：在 HVIC 設(shè)計的穩(wěn)健性不足的情況下，HVIC 可能會被破壞，或者至少 - 不會立即對 HVIC 造成破壞 - 錯誤或無信號可以傳輸?shù)?HO 輸出。

　　圖 3.半橋應(yīng)用電路的典型接線圖
　　M81748FP確實對這種 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 IGBT 模塊“CM100TX-24S1”進行了測試，同時記錄了端子“VS”處的電壓。盡管在此期間的電壓瞬時達到了低至 -129V 的水平，但無法觀察到該測試M81748FP器件的破壞或故障?！　GBT 模塊關(guān)斷時的波形（條件：CM100TX-24S1、Ta=25°C、VS=900V、Rg=10ohm、VGE=15V）

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

　　圖 5.M81748FP 評估板布局
　　結(jié)論
　　推出了具有高側(cè)和低側(cè)短路 （SC） 保護電路的 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。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。